Перейти до змісту

Граничні умови та навантаження

У FrontISTR граничні умови та навантаження для структурного, теплопровідного й динамічного аналізу визначаються ключовими словами. У статичному структурному аналізі визначені граничні умови та навантаження об’єднуються за ID групи й активуються для кожного кроку за допомогою рядка BOUNDARY або LOAD у !STEP. У динамічному аналізі !BOUNDARY, !CLOAD, !VELOCITY, !ACCELERATION і !SPRING для неявного методу також можна активувати групами з !STEP. Для умов, що змінюються з часом, множник задається через !AMPLITUDE, а лінійні зв’язки між кількома ступенями свободи визначаються через !EQUATION.

Огляд функцій

Граничні умови й навантаження можна класифікувати за типом аналізу таким чином.

Тип аналізу Основні ключові слова Призначення
Структурний аналіз !BOUNDARY Задає фіксовані обмеження, задані переміщення та задане обертання навколо центра обертання.
Структурний аналіз !CLOAD Задає зосереджені вузлові сили, моменти на обертальних ступенях свободи та крутний момент навколо центра обертання.
Структурний аналіз !DLOAD Задає поверхневий тиск, поверхневі навантаження, об’ємні сили, силу тяжіння та відцентрову силу.
Структурний аналіз !SPRING Задає пружні опори для вузлових ступенів свободи.
Структурний аналіз !TEMPERATURE Безпосередньо задає вузлові температури для термонапруженого аналізу або зчитує їх із файлу результатів.
Динамічний аналіз !VELOCITY, !ACCELERATION Задає початкову швидкість або прискорення, чи змінні в часі задані швидкість або прискорення.
Аналіз теплопровідності !FIXTEMP, !CFLUX, !DFLUX, !SFLUX, !FILM, !SFILM, !RADIATE, !SRADIATE Задає фіксовану температуру, тепловий потік, конвекцію та випромінювання.
Спільне !AMPLITUDE Задає в табличній формі змінні в часі множники для граничних умов і навантажень.
Визначення сітки !EQUATION Визначає рівняння багатоточкових обмежень.

У структурному аналізі номери ступенів свободи 1, 2, 3 зазвичай відповідають поступальним ступеням свободи, а 4, 5, 6 — обертальним. Обертальні ступені свободи мають значення для моделей із шістьма ступенями свободи, наприклад для оболонкових і балкових елементів. У моделях, що містять лише двовимірні або тривимірні об’ємні елементи, обмеження й навантаження задають лише в межах ступенів свободи цільових вузлів.

Обмеження переміщень у структурному аналізі

Обмеження переміщень задаються через !BOUNDARY. Для вузла або групи вузлів задають діапазон ступенів свободи та значення. Значення 0 означає фіксоване обмеження, а ненульове — задане переміщення або задане обертання.

У структурному аналізі !BOUNDARY приймає діапазон ступенів свободи від 1 до 6. 1–3 відповідають поступальним переміщенням, а 4–6 — обертальним обмеженням для вузлів з обертальними ступенями свободи. Оскільки діапазон можна задати разом, наприклад, поступальні переміщення можна обмежити одночасною фіксацією 1–3.

Якщо задано параметр AMP, задане значення змінюється з часом за амплітудною функцією. За звичайного задання задане переміщення прикладається приростами відповідно до коефіцієнта навантаження в межах кроку або зміни амплітудної функції. Якщо задано TOTAL=YES, задане значення трактується як цільове повне переміщення.

Якщо задано ROT_CENTER, можна накласти обертальне обмеження відносно центральної групи вузлів. За такого задання поступальні переміщення цільової групи вузлів обчислюються з величини обертання й накладаються як обмеження. Комбінація ROT_CENTER і TOTAL=YES не підтримується, тому обертальні обмеження навколо центра обертання використовують як приростове задання.

Зосереджені навантаження у структурному аналізі

Зосереджені вузлові навантаження задаються через !CLOAD. Якщо задано вузол або групу вузлів, номер ступеня свободи та величину навантаження, воно включається в праву частину для цього ступеня свободи.

Значення, задані для поступальних ступенів свободи 1–3, трактуються як вузлові сили у координатних напрямках. У моделях з обертальними ступенями свободи значення для 4–6 можуть задавати моменти на обертальних ступенях свободи. Якщо задано параметр AMP, зосереджене навантаження множиться на значення амплітудної функції.

Якщо задано ROT_CENTER, навантаження прикладається як крутний момент навколо центральної групи вузлів. Заданий вектор крутного моменту розподіляється на вузлові сили на основі векторів положення від центра до цільових вузлів. Оскільки крутний момент неможливо розподілити, якщо центр і цільовий вузол збігаються, потрібно перевірити геометричне розташування центра обертання та точок прикладання навантаження.

Потрібна обережність, якщо !CLOAD задано для групи вузлів у моделі, де одночасно використовується !MESH у REFINE (уточнення сітки, Refiner). Під час уточнення на ребрах, що входять до початкової групи вузлів, створюються нові проміжні вузли, і вони також додаються до тієї самої групи. Оскільки !CLOAD задає однакову величину зосередженого навантаження кожному вузлу групи, додані проміжні вузли отримують таке саме навантаження, тому сумарне навантаження відрізняється від задуманого до уточнення. Якщо зосереджене навантаження задається через групу вузлів, потрібно враховувати збільшення кількості точок прикладання через уточнення або, бажано, задавати окремі вузли безпосередньо.

Розподілені навантаження та об’ємні сили у структурному аналізі

Розподілені навантаження та об’ємні сили задаються через !DLOAD. !DLOAD задає тип навантаження та параметри для групи елементів або групи поверхонь. Зміну з часом задають параметром AMP.

Основні типи навантаження такі.

Тип навантаження Опис
P0, PP, P1–P6 Задає тиск на грань елемента. Відповідність номерів граней граням елемента залежить від типу елемента.
PX, PY, PZ Задає тиск із явним координатним напрямком. Під час введення перетворюється на вектор напрямку.
S... Задає поверхневе навантаження для групи поверхонь. Номер грані береться з визначення групи поверхонь.
BX, BY, BZ Задає об’ємну силу в координатному напрямку.
GRAV Задає вектор прискорення вільного падіння. Разом із густиною матеріалу включається як об’ємна сила.
CENT Задає відцентрову силу на основі осі обертання та кутової швидкості.

Якщо задано FOLLOW=YES, поверхневий тиск слідує за орієнтацією деформованої поверхні. Це має значення у структурному аналізі з урахуванням скінченних деформацій. В аналізах із вимкненою нелінійною геометрією слідкувальний тиск програмно вимикається.

Як і для P1–P6 та S1–S6 у тепловому аналізі, значення номерів граней відрізняється залежно від типу елемента. Конкретну відповідність номерів граней і порядок полів даних див. у довіднику ключових слів.

Пружні опори у структурному аналізі

Пружні опори задаються через !SPRING. Якщо задано вузол або групу вузлів, номер ступеня свободи та жорсткість пружини, жорсткість пружини додається до діагональної жорсткості цільового ступеня свободи, а реакція пружини включається в праву частину як внутрішня сила.

Якщо задано для ступенів свободи 1–3, опора трактується як поступальна пружина. У моделях з обертальними ступенями свободи 4–6 можна використовувати як обертальні пружини. Перевірте склад ступенів свободи, щоб не задавати пружини для ступенів, яких цільова модель не має.

Опорне переміщення, якому протидіє пружина, вибирається параметром INCREMENTAL. За замовчуванням, при INCREMENTAL=NO, враховується реакція пружини, пропорційна накопиченому переміщенню від початку аналізу; тобто внутрішня сила дорівнює добутку жорсткості пружини на накопичене переміщення. При INCREMENTAL=YES опорне положення пружини в кожному прирості перевстановлюється на збіжний стан попереднього приросту, і враховується реакція пружини, пропорційна лише приросту переміщення в межах цього приросту. Отже, внутрішня сила дорівнює добутку жорсткості пружини на приріст переміщення в цьому прирості, а переміщення, перенесене між приростами, не впливає на реакцію пружини.

Зміну жорсткості пружини в часі задають параметром AMP. Якщо задано назву амплітудної функції, жорсткість пружини множиться на значення цієї функції. Значення амплітуди обчислюється в момент завершення поточного приросту, що дає змогу описувати опори, які вмикаються або звільняються посеред кроку. Якщо AMP не задано, амплітудна функція не змінює жорсткість пружини в часі.

INCREMENTAL і AMP діють як у статичному аналізі, так і в неявному динамічному аналізі. Щоб вмикати або вимикати саму пружну опору для кожного кроку, використовуйте ID групи та !STEP зі специфікацією LOAD.

Температурні навантаження у структурному аналізі

Для навантаження через теплову деформацію у структурному аналізі використовуйте !TEMPERATURE. Якщо температуру задано для кожного вузла або групи вузлів, еквівалентні вузлові сили для термонапруженого аналізу збираються на основі різниці відносно опорної або попередньої температури. Коефіцієнт теплового розширення задається у визначенні матеріалу. Опорна температура задається через !REFTEMP.

Температуру можна задавати безпосередньо у керувальному файлі або зчитувати з файлу результатів аналізу теплопровідності чи іншого аналізу. Якщо задано READRESULT, вузлові температури з рядків даних не зчитуються; натомість зчитуються результати, задані через SSTEP, INTERVAL, READTYPE тощо. Якщо використовується файл результатів, час збереження або номер кроку у ньому має відповідати заданням структурного аналізу.

Оскільки !TEMPERATURE не має параметра AMP, масштабування амплітудною функцією до нього не застосовується. Щоб змінювати історію температури, керуйте самими температурними даними, тепловими результатами, що зчитуються, або поділом на кроки.

Початкові умови та задані значення в динамічному аналізі (швидкість і прискорення)

У динамічному аналізі через !VELOCITY і !ACCELERATION можна задавати початкові умови або задані значення швидкості чи прискорення. В обох випадках задаються вузол або група вузлів, діапазон ступенів свободи та значення. Діапазон ступенів свободи — від 1 до 6; у моделях з обертальними ступенями свободи 4–6 відповідають кутовій швидкості або кутовому прискоренню.

TYPE=INITIAL задає початкову швидкість або початкове прискорення на початку аналізу. Якщо задано початкову швидкість, початкове прискорення обчислюється для узгодження з рівнянням руху. Якщо задано початкове прискорення, існує шлях обчислення початкової швидкості.

TYPE=TRANSIT задає змінну в часі задану швидкість або прискорення. Якщо TYPE пропущено, використовується TRANSIT. Якщо задано AMP, амплітудна функція інтерполюється в момент часу динамічного аналізу й множиться на задане значення.

Багатоточкові обмеження

Якщо потрібно накласти лінійний зв’язок між кількома вузловими ступенями свободи, використовуйте багатоточкові обмеження. Відповідне ключове слово — !EQUATION; воно дає змогу задавати жорсткі зв’язки, періодичні межі, співвідношення переміщень між вузлами та інші зв’язки, які важко виразити фіксованим обмеженням одного вузла й одного ступеня свободи.

Про вибір багатоточкових обмежень, спосіб їх обробки лінійним розв’язувачем і зв’язок з іншими функціями з’єднання ступенів свободи (наприклад, контакт TIED) див. Багатоточкові обмеження.

Граничні умови в аналізі теплопровідності

В аналізі теплопровідності як граничні умови задаються фіксована температура, тепловий потік, конвекція та випромінювання. Окремо від !STEP структурного аналізу, керування часом теплового аналізу задається через !HEAT.

Ключове слово Об’єкт Опис Задання амплітуди
!FIXTEMP Вузол або група вузлів Фіксує температуру. AMP
!CFLUX Вузол або група вузлів Задає зосереджений вузловий тепловий потік. AMP
!DFLUX Елемент або група елементів Задає розподілений тепловий потік в об’ємі елемента або на його грані. AMP
!SFLUX Група поверхонь Задає тепловий потік для групи поверхонь. AMP
!FILM Елемент або група елементів Задає конвективну границю на грані елемента. AMP1, AMP2
!SFILM Група поверхонь Задає конвективну границю для групи поверхонь. AMP1, AMP2
!RADIATE Елемент або група елементів Задає радіаційну границю на грані елемента. AMP1, AMP2
!SRADIATE Група поверхонь Задає радіаційну границю для групи поверхонь. AMP1, AMP2

У !DFLUX BF означає об’ємне тепловиділення, а S0–S6 — тепловий потік на гранях елементів. У !FILM грані елемента задаються F0–F6, а в !RADIATE — R0–R6. Оскільки відповідність номерів граней фактичним граням залежить від типу елемента, докладніше див. довідку для кожного ключового слова.

Для конвективної границі задаються коефіцієнт конвекції та зовнішня температура. Для радіаційної границі задаються коефіцієнт, еквівалентний випромінювальній здатності, та температура довкілля. AMP1 відповідає коефіцієнту, а AMP2 — зовнішній або навколишній температурі, тож для них можна задавати незалежну зміну в часі.

Амплітудні функції

Амплітудна функція визначає зміну граничної умови або навантаження в часі за таблицею часу й значень. У вхідних даних іменовану часову таблицю визначають через !AMPLITUDE і посилаються на неї параметрами AMP, AMP1 або AMP2 відповідного ключового слова.

Основні відповідні ключові слова такі.

!AMPLITUDE зчитується у табличній формі (DEFINITION=TABULAR), а тип часу трактується як час кроку (TIME=STEP). Значення можна визначати як відносні або абсолютні, але для окремих ключових слів вони зазвичай використовуються як множники базового значення.

!TEMPERATURE не підлягає дії амплітудної функції.

Пов’язані теми