Preskočiť na obsah

Okrajové podmienky a zaťaženia

Vo FrontISTR sa okrajové podmienky a zaťaženia pre štrukturálne, tepelné a dynamické analýzy definujú kľúčovými slovami. V statickej štrukturálnej analýze sa definované okrajové podmienky a zaťaženia zoskupujú podľa ID skupiny a pre každý krok sa aktivujú prostredníctvom !STEP pomocou jeho riadku BOUNDARY alebo LOAD. Aj v dynamickej analýze možno !BOUNDARY, !CLOAD, !VELOCITY, !ACCELERATION a !SPRING pre implicitnú metódu aktivovať po skupinách z !STEP. Časovo premenné podmienky sa škálujú pomocou !AMPLITUDE a lineárne vzťahy medzi viacerými stupňami voľnosti sa definujú pomocou !EQUATION.

Prehľad funkcií

Okrajové podmienky a zaťaženia možno podľa typu analýzy klasifikovať takto.

Typ analýzy Hlavné kľúčové slová Účel
Štrukturálna analýza !BOUNDARY Aplikuje pevné väzby, predpísané posunutia a predpísanú rotáciu okolo stredu rotácie.
Štrukturálna analýza !CLOAD Aplikuje sústredené uzlové sily, momenty na rotačné stupne voľnosti a krútiaci moment okolo stredu rotácie.
Štrukturálna analýza !DLOAD Aplikuje plošný tlak, plošné zaťaženia, objemové sily, gravitáciu a odstredivú silu.
Štrukturálna analýza !SPRING Aplikuje pružinové podpery na uzlové stupne voľnosti.
Štrukturálna analýza !TEMPERATURE Priamo zadáva uzlové teploty používané v analýze tepelného napätia alebo ich načíta zo súboru výsledkov.
Dynamická analýza !VELOCITY, !ACCELERATION Aplikuje počiatočnú rýchlosť alebo zrýchlenie, prípadne časovo premennú predpísanú rýchlosť alebo zrýchlenie.
Analýza vedenia tepla !FIXTEMP, !CFLUX, !DFLUX, !SFLUX, !FILM, !SFILM, !RADIATE, !SRADIATE Aplikuje pevnú teplotu, tepelný tok, konvekciu a sálanie.
Spoločné !AMPLITUDE Zadáva časovo premenné mierkové faktory okrajových podmienok a zaťažení v tabuľkovom tvare.
Definícia siete !EQUATION Definuje rovnice viacbodových väzieb.

V štrukturálnej analýze sa čísla stupňov voľnosti 1, 2 a 3 zvyčajne považujú za translačné a 4, 5 a 6 za rotačné. Rotačné stupne voľnosti majú význam v modeloch so 6 stupňami voľnosti, napríklad pri škrupinových a nosníkových prvkoch. Pri modeloch obsahujúcich iba 2-rozmerné alebo 3-rozmerné objemové prvky zadávajte väzby a zaťaženia iba v rozsahu stupňov voľnosti, ktoré cieľové uzly skutočne majú.

Väzby posunutia v štrukturálnej analýze

Väzby posunutia sa zadávajú pomocou !BOUNDARY. Pre uzol alebo skupinu uzlov sa určí rozsah stupňov voľnosti a hodnota. Hodnota 0 definuje pevné uchytenie, hodnota odlišná od 0 predpísané posunutie alebo predpísanú rotáciu.

V štrukturálnej analýze !BOUNDARY prijíma rozsah stupňov voľnosti od 1 do 6. 1 až 3 zodpovedajú translačnému posunutiu a 4 až 6 rotačným väzbám uzlov, ktoré majú rotačné stupne voľnosti. Keďže možno zadať rozsah stupňov voľnosti naraz, napríklad transláciu možno obmedziť súčasným fixovaním 1 až 3.

Ak je zadaný parameter AMP, predpísaná hodnota sa mení s časom podľa amplitúdovej funkcie. Pri bežnom zadaní sa predpísané posunutie aplikuje prírastkovo podľa faktora zaťaženia v kroku alebo zmeny amplitúdovej funkcie. Ak je zadané TOTAL=YES, zadaná hodnota sa považuje za cieľové celkové posunutie.

Ak je zadané ROT_CENTER, možno aplikovať rotačnú väzbu vzhľadom na stredovú skupinu uzlov. Pri tomto zadaní sa translačné posunutia cieľovej skupiny uzlov vypočítajú z veľkosti rotácie a uložia ako väzby. Kombinácia ROT_CENTER a TOTAL=YES nie je podporovaná, preto sa rotačné väzby okolo stredu rotácie používajú ako prírastkové zadanie.

Sústredené zaťaženia v štrukturálnej analýze

Sústredené uzlové zaťaženia sa zadávajú pomocou !CLOAD. Keď sa zadá uzol alebo skupina uzlov, číslo stupňa voľnosti a hodnota zaťaženia, zaťaženie sa zahrnie do pravej strany príslušného stupňa voľnosti.

Hodnoty zadané pre translačné stupne voľnosti 1 až 3 sa považujú za uzlové sily v súradnicových smeroch. V modeloch s rotačnými stupňami voľnosti môžu hodnoty zadané pre 4 až 6 aplikovať momenty na rotačné stupne voľnosti. Ak je zadaný parameter AMP, sústredené zaťaženie sa násobí hodnotou amplitúdovej funkcie.

Ak je zadané ROT_CENTER, zaťaženie sa aplikuje ako krútiaci moment okolo stredovej skupiny uzlov. Zadaný vektor krútiaceho momentu sa rozdelí na uzlové sily podľa polohových vektorov od stredu k cieľovým uzlom. Keďže krútiaci moment nemožno rozdeliť, ak stred a cieľový uzol ležia v tom istom bode, treba skontrolovať geometrický vzťah medzi stredom rotácie a bodmi zaťaženia.

Opatrnosť je potrebná, ak sa !CLOAD zadáva pre skupinu uzlov v modeli, ktorý zároveň používa !MESH s REFINE (zjemnenie siete, Refiner). Zjemnenie vytvára nové stredové uzly na hranách patriacich do pôvodnej skupiny uzlov a tieto uzly sa pridajú do tej istej skupiny. Keďže !CLOAD priradí rovnakú hodnotu sústredeného zaťaženia každému uzlu skupiny, rovnaké zaťaženie sa aplikuje aj na pridané stredové uzly a výsledné celkové zaťaženie sa líši od hodnoty zamýšľanej pred zjemnením. Pri zadávaní sústredených zaťažení podľa skupiny uzlov zohľadnite nárast počtu bodov zaťaženia spôsobený zjemnením alebo, pokiaľ možno, zadávajte jednotlivé uzly priamo.

Rozložené zaťaženia a objemové sily v štrukturálnej analýze

Rozložené zaťaženia a objemové sily sa zadávajú pomocou !DLOAD. !DLOAD určuje typ zaťaženia a parametre pre skupinu prvkov alebo skupinu plôch. Časová zmena sa zadáva parametrom AMP.

Hlavné typy zaťaženia sú nasledujúce.

Typ zaťaženia Opis
P0, PP, P1–P6 Aplikuje tlak pôsobiaci na stenu prvku. Priradenie čísel stien k stenám prvku závisí od typu prvku.
PX, PY, PZ Zadáva tlak s explicitným súradnicovým smerom. Pri spracovaní vstupu sa prevedie na smerový vektor.
S... Aplikuje plošné zaťaženie na skupinu plôch. Číslo steny sa získa z definície skupiny plôch.
BX, BY, BZ Aplikuje objemovú silu v súradnicovom smere.
GRAV Zadáva vektor gravitačného zrýchlenia. Kombinuje sa s hustotou materiálu a začlení ako objemová sila.
CENT Aplikuje odstredivú silu podľa osi rotácie a uhlovej rýchlosti.

Ak je zadané FOLLOW=YES, plošný tlak sleduje orientáciu deformovanej plochy. Toto zadanie má význam v štrukturálnej analýze zohľadňujúcej konečnú deformáciu. V analýzach s vypnutou nelineárnou geometriou je follower tlak implementáciou vypnutý.

Rovnako ako pri P1 až P6 a S1 až S6 na strane tepelnej analýzy sa význam čísel stien líši podľa typu prvku. Konkrétne priradenie čísel stien a poradie dátových polí pozri v referencii kľúčového slova.

Pružinové podpery v štrukturálnej analýze

Pružinové podpery sa zadávajú pomocou !SPRING. Keď sa zadá uzol alebo skupina uzlov, číslo stupňa voľnosti a tuhosť pružiny, tuhosť pružiny sa pripočíta k diagonálnej tuhosti príslušného stupňa voľnosti a reakčná sila pružiny sa zahrnie do pravej strany ako vnútorná sila.

Pri zadaní pre stupne voľnosti 1 až 3 sa podpera považuje za translačnú pružinu. V modeloch s rotačnými stupňami voľnosti možno zadaním 4 až 6 použiť rotačné pružiny. Skontrolujte konfiguráciu stupňov voľnosti, aby pružiny neboli priradené stupňom voľnosti, ktoré cieľový model nemá.

Referenčný posun, ktorému pružina odporuje, sa vyberá parametrom INCREMENTAL. Pri predvolenom INCREMENTAL=NO sa zahrnie reakcia pružiny úmerná kumulatívnemu posunu od začiatku analýzy. Inými slovami, vnútorná sila je súčinom tuhosti pružiny a kumulatívneho posunu. Pri INCREMENTAL=YES sa referenčná poloha pružiny pri každom prírastku znovu nastaví na konvergovaný stav predchádzajúceho prírastku a zahrnie sa iba reakcia pružiny úmerná prírastku posunu v aktuálnom prírastku. Vnútorná sila je teda súčinom tuhosti pružiny a prírastku posunu v aktuálnom prírastku a posun z predchádzajúcich prírastkov neprispieva k reakcii pružiny.

Časová zmena tuhosti pružiny sa zadáva parametrom AMP. Keď sa zadá názov amplitúdovej funkcie, tuhosť pružiny sa násobí hodnotou amplitúdovej funkcie. Hodnota amplitúdy sa vyhodnocuje v koncovom čase aktuálneho prírastku, takže možno vyjadriť podpery, ktoré sa počas kroku zapájajú alebo uvoľňujú. Ak sa AMP nezadá, tuhosť pružiny sa časovo nemení amplitúdovou funkciou.

INCREMENTAL aj AMP sú platné v statickej analýze aj v implicitnej dynamickej analýze. Na zapínanie alebo vypínanie samotnej pružinovej podpery po krokoch použite ID skupiny a zadanie LOAD v !STEP.

Teplotné zaťaženia v štrukturálnej analýze

Na aplikáciu zaťažení spôsobených tepelným pretvorením v štrukturálnej analýze použite !TEMPERATURE. Keď sa pre každý uzol alebo skupinu uzlov zadá teplota, na základe rozdielu oproti referenčnej alebo predchádzajúcej teplote sa zostavia ekvivalentné uzlové sily pre analýzu tepelného napätia. Koeficient tepelnej rozťažnosti sa zadáva v definícii materiálu. Referenčná teplota sa zadáva pomocou !REFTEMP.

Teplotu možno zadať priamo v riadiacom súbore alebo načítať zo súboru výsledkov vytvoreného analýzou vedenia tepla alebo inou analýzou. Ak je zadané READRESULT, uzlové teploty na dátových riadkoch sa nečítajú; namiesto nich sa načítajú výsledkové údaje určené parametrami SSTEP, INTERVAL, READTYPE a súvisiacimi parametrami. Pri použití súboru výsledkov musí jeho uložený čas alebo číslo kroku zodpovedať zadaniu na strane štrukturálnej analýzy.

Keďže !TEMPERATURE nemá parameter AMP, nepodlieha škálovaniu amplitúdovou funkciou. Na zmenu histórie teploty riadte samotné teplotné údaje, načítané výsledky tepelnej analýzy alebo rozdelenie krokov.

Počiatočné podmienky a predpísané hodnoty v dynamickej analýze (rýchlosť a zrýchlenie)

V dynamickej analýze môžu !VELOCITY a !ACCELERATION zadávať počiatočné podmienky alebo predpísané hodnoty rýchlosti či zrýchlenia. Obe zadávajú uzol alebo skupinu uzlov, rozsah stupňov voľnosti a hodnotu. Rozsah je 1 až 6; v modeloch s rotačnými stupňami voľnosti zodpovedajú 4 až 6 uhlovej rýchlosti alebo uhlovému zrýchleniu.

TYPE=INITIAL zadáva počiatočnú rýchlosť alebo počiatočné zrýchlenie na začiatku analýzy. Ak je zadaná počiatočná rýchlosť, počiatočné zrýchlenie sa vypočíta tak, aby bolo v súlade s pohybovou rovnicou. Ak je zadané počiatočné zrýchlenie, existuje cesta, pri ktorej sa vypočíta počiatočná rýchlosť.

TYPE=TRANSIT zadáva časovo premennú predpísanú rýchlosť alebo predpísané zrýchlenie. Ak sa TYPE vynechá, považuje sa za TRANSIT. Ak je zadané AMP, amplitúdová funkcia sa interpoluje v čase dynamickej analýzy a vynásobí predpísanú hodnotu.

Viacbodové väzby

Funkciu viacbodových väzieb použite, ak treba uložiť lineárny vzťah medzi viacerými uzlovými stupňami voľnosti. Zodpovedajúce kľúčové slovo je !EQUATION, ktoré môže vyjadriť napríklad tuhé spojenie, periodické okrajové podmienky a vzťahy posunutí medzi uzlami, ktoré sa ťažko reprezentujú pevnou väzbou jedného uzla a jedného stupňa voľnosti.

Usmernenie k používaniu viacbodových väzieb, ich spracovaniu lineárnym riešičom a vzťahu k iným funkciám väzieb stupňov voľnosti, napríklad kontaktu TIED, pozri v Viacbodové väzby.

Okrajové podmienky v analýze vedenia tepla

V analýze vedenia tepla sa ako okrajové podmienky aplikujú pevná teplota, tepelný tok, konvekcia a sálanie. Nezávisle od !STEP pre štrukturálnu analýzu sa časové riadenie tepelnej analýzy zadáva pomocou !HEAT.

Kľúčové slovo Cieľ Opis Zadanie amplitúdy
!FIXTEMP Uzol alebo skupina uzlov Fixuje teplotu. AMP
!CFLUX Uzol alebo skupina uzlov Aplikuje sústredený uzlový tepelný tok. AMP
!DFLUX Prvok alebo skupina prvkov Aplikuje rozložený tepelný tok na objem prvku alebo jeho stenu. AMP
!SFLUX Skupina plôch Aplikuje tepelný tok na skupinu plôch. AMP
!FILM Prvok alebo skupina prvkov Aplikuje konvekčnú okrajovú podmienku na stenu prvku. AMP1, AMP2
!SFILM Skupina plôch Aplikuje konvekčnú okrajovú podmienku na skupinu plôch. AMP1, AMP2
!RADIATE Prvok alebo skupina prvkov Aplikuje radiačnú okrajovú podmienku na stenu prvku. AMP1, AMP2
!SRADIATE Skupina plôch Aplikuje radiačnú okrajovú podmienku na skupinu plôch. AMP1, AMP2

Pre !DFLUX predstavuje BF objemový zdroj tepla, zatiaľ čo S0 až S6 predstavujú tepelný tok na stenách prvku. Pre !FILM sa steny prvku zadávajú pomocou F0 až F6; pre !RADIATE pomocou R0 až R6. Keďže priradenie čísel stien ku konkrétnym stenám prvku závisí od typu prvku, podrobnosti pozri v referencii príslušného kľúčového slova.

Konvekčná okrajová podmienka zadáva súčiniteľ prestupu tepla a vonkajšiu teplotu. Radiačná okrajová podmienka zadáva koeficient ekvivalentný emisivite a teplotu okolia. AMP1 zodpovedá strane koeficientu a AMP2 strane vonkajšej alebo okolitej teploty, takže každú možno meniť v čase nezávisle.

Amplitúdové funkcie

Amplitúdová funkcia definuje časovú zmenu okrajovej podmienky alebo zaťaženia pomocou tabuľky časov a hodnôt. Vo vstupe sa pomenovaná časová tabuľka definuje pomocou !AMPLITUDE a odkazuje sa na ňu parametrom AMP, AMP1 alebo AMP2 cieľového kľúčového slova.

Hlavné použiteľné kľúčové slová sú:

!AMPLITUDE sa načítava v tabuľkovom tvare (DEFINITION=TABULAR) a typ času sa spracúva ako čas kroku (TIME=STEP). Hodnoty možno definovať ako relatívne alebo absolútne, ale pri jednotlivých kľúčových slovách sa zvyčajne používajú ako faktory násobiace základnú hodnotu.

Na !TEMPERATURE sa amplitúdové funkcie nevzťahujú.

Súvisiace témy