Přeskočit obsah

Okrajové podmínky a zatížení

Ve FrontISTR se okrajové podmínky a zatížení pro strukturální, tepelnou a dynamickou analýzu definují pomocí klíčových slov. Ve statické strukturální analýze se definované okrajové podmínky a zatížení seskupují podle ID skupiny a pro každý krok se aktivují prostřednictvím !STEP pomocí řádku BOUNDARY nebo LOAD. Také v dynamické analýze lze !BOUNDARY, !CLOAD, !VELOCITY, !ACCELERATION a !SPRING pro implicitní metodu aktivovat po skupinách z !STEP. Podmínky proměnné v čase se škálují pomocí !AMPLITUDE a lineární vztahy mezi více stupni volnosti se definují pomocí !EQUATION.

Přehled funkcí

Okrajové podmínky a zatížení lze podle typu analýzy rozdělit následovně.

Typ analýzy Hlavní klíčová slova Účel
Strukturální analýza !BOUNDARY Aplikuje pevná omezení, předepsaná posunutí a předepsanou rotaci kolem středu otáčení.
Strukturální analýza !CLOAD Aplikuje soustředěné uzlové síly, momenty na rotační stupně volnosti a krouticí moment kolem středu otáčení.
Strukturální analýza !DLOAD Aplikuje plošný tlak, plošná zatížení, objemové síly, gravitaci a odstředivou sílu.
Strukturální analýza !SPRING Aplikuje pružinové podpory na uzlové stupně volnosti.
Strukturální analýza !TEMPERATURE Přímo zadává uzlové teploty používané při analýze tepelného napětí nebo je načítá ze souboru výsledků.
Dynamická analýza !VELOCITY, !ACCELERATION Aplikuje počáteční rychlost nebo zrychlení, případně časově proměnnou předepsanou rychlost nebo zrychlení.
Analýza vedení tepla !FIXTEMP, !CFLUX, !DFLUX, !SFLUX, !FILM, !SFILM, !RADIATE, !SRADIATE Aplikuje pevnou teplotu, tepelný tok, konvekci a sálání.
Společné !AMPLITUDE Zadává časově proměnné měřítkové faktory pro okrajové podmínky a zatížení v tabulkové podobě.
Definice sítě !EQUATION Definuje rovnice vícebodových vazeb.

Ve strukturální analýze se čísla stupňů volnosti 1, 2 a 3 obvykle považují za translační stupně volnosti a 4, 5 a 6 za rotační stupně volnosti. Rotační stupně volnosti mají význam u modelů se šesti stupni volnosti, například u skořepinových a nosníkových prvků. U modelů obsahujících pouze dvou- nebo trojrozměrné objemové prvky zadávejte omezení a zatížení pouze v rozsahu stupňů volnosti, které mají cílové uzly.

Omezení posunutí ve strukturální analýze

Omezení posunutí se zadávají pomocí !BOUNDARY. Pro uzel nebo skupinu uzlů se zadá rozsah stupňů volnosti a hodnota. Hodnota 0 definuje pevné omezení, zatímco nenulová hodnota definuje předepsané posunutí nebo předepsanou rotaci.

Ve strukturální analýze přijímá !BOUNDARY rozsah stupňů volnosti od 1 do 6. 1 až 3 odpovídají translačnímu posunutí, zatímco 4 až 6 odpovídají rotačním omezením v uzlech, které mají rotační stupně volnosti. Protože lze současně zadat rozsah stupňů volnosti, lze například translaci omezit současným zafixováním 1 až 3.

Je-li zadán parametr AMP, předepsaná hodnota se mění v čase podle amplitudové funkce. Při běžném zadání se předepsané posunutí aplikuje přírůstkově podle zatěžovacího faktoru v rámci kroku nebo podle změny amplitudové funkce. Je-li zadáno TOTAL=YES, zadaná hodnota se považuje za cílové celkové posunutí.

Je-li zadáno ROT_CENTER, lze aplikovat rotační omezení vzhledem ke středové skupině uzlů. Při tomto zadání se translační posunutí cílové skupiny uzlů vypočtou z velikosti rotace a uloží jako omezení. Kombinace ROT_CENTER a TOTAL=YES není podporována, proto se rotační omezení kolem středu otáčení používají jako přírůstková zadání.

Soustředěná zatížení ve strukturální analýze

Soustředěná uzlová zatížení se zadávají pomocí !CLOAD. Je-li zadán uzel nebo skupina uzlů, číslo stupně volnosti a hodnota zatížení, zatížení se zahrne do pravé strany pro daný stupeň volnosti.

Hodnoty zadané pro translační stupně volnosti 1 až 3 se považují za uzlové síly ve směrech souřadnic. U modelů s rotačními stupni volnosti lze hodnotami zadanými pro 4 až 6 aplikovat momenty na rotační stupně volnosti. Je-li zadán parametr AMP, soustředěné zatížení se násobí hodnotou amplitudové funkce.

Je-li zadáno ROT_CENTER, zatížení se aplikuje jako krouticí moment kolem středové skupiny uzlů. V tomto případě se zadaný vektor krouticího momentu rozděluje na uzlové síly podle polohových vektorů od středu k cílovým uzlům. Protože krouticí moment nelze rozdělit, pokud střed a cílový uzel leží ve stejné poloze, je nutné zkontrolovat geometrický vztah mezi středem otáčení a body zatížení.

Při zadání !CLOAD pro skupinu uzlů v modelu, který současně používá !MESH s REFINE (zjemnění sítě, Refiner), je nutná opatrnost. Zjemnění vytváří nové středové uzly na hranách obsažených v původní skupině uzlů a tyto středové uzly se rovněž přidají do stejné skupiny uzlů. Protože !CLOAD přiřazuje stejnou hodnotu soustředěného zatížení každému uzlu ve skupině, stejné soustředěné zatížení se aplikuje také na přidané středové uzly, takže výsledné celkové zatížení se liší od zamýšleného zatížení před zjemněním. Při zadávání soustředěných zatížení podle skupiny uzlů zohledněte zvýšení počtu zatěžovacích bodů způsobené zjemněním, nebo přednostně zadávejte přímo jednotlivé uzly.

Rozložená zatížení a objemové síly ve strukturální analýze

Rozložená zatížení a objemové síly se zadávají pomocí !DLOAD. !DLOAD zadává typ zatížení a parametry pro skupinu prvků nebo skupinu ploch. Časová změna se zadává parametrem AMP.

Hlavní typy zatížení jsou následující.

Typ zatížení Popis
P0, PP, P1–P6 Aplikuje tlak působící na stěnu prvku. Přiřazení čísel stěn ke stěnám prvku závisí na typu prvku.
PX, PY, PZ Zadává tlak s explicitním směrem souřadnice. Při zpracování vstupu se převede na směrový vektor.
S... Aplikuje plošné zatížení na skupinu ploch. Číslo stěny se získá z definice skupiny ploch.
BX, BY, BZ Aplikuje objemovou sílu ve směru souřadnice.
GRAV Zadává vektor gravitačního zrychlení. Kombinuje se s hustotou materiálu a zahrnuje jako objemová síla.
CENT Aplikuje odstředivou sílu na základě osy otáčení a úhlové rychlosti.

Je-li zadáno FOLLOW=YES, plošný tlak sleduje orientaci deformovaného povrchu. Toto zadání má význam ve strukturální analýze zohledňující konečné deformace. V analýzách, kde je nelineární geometrie vypnuta, je sledující tlak implementací deaktivován.

Stejně jako u P1 až P6 a S1 až S6 na straně tepelné analýzy se význam čísel stěn liší podle typu prvku. Konkrétní přiřazení čísel stěn a pořadí datových polí naleznete v referenci příslušného klíčového slova.

Pružinové podpory ve strukturální analýze

Pružinové podpory se zadávají pomocí !SPRING. Je-li zadán uzel nebo skupina uzlů, číslo stupně volnosti a tuhost pružiny, tuhost pružiny se přidá k diagonální tuhosti cílového stupně volnosti a do pravé strany se zahrne reakce pružiny úměrná aktuálnímu posunutí.

Při zadání pro stupně volnosti 1 až 3 se podpora považuje za translační pružinu. U modelů s rotačními stupni volnosti umožňuje zadání 4 až 6 použití rotačních pružin. Zkontrolujte konfiguraci stupňů volnosti, aby pružiny nebyly přiřazeny stupňům volnosti, které v cílovém modelu neexistují.

V současné implementaci se tuhost pružiny !SPRING nemění v čase samostatnou amplitudovou funkcí. V rámci kroku se sestavuje podle faktoru kroku. Chcete-li pružinovou podporu zapnout nebo vypnout, použijte ID skupiny a !STEP s jeho zadáním LOAD pro řízení v jednotlivých krocích.

Teplotní zatížení ve strukturální analýze

Pro aplikaci zatížení způsobeného tepelným přetvořením ve strukturální analýze použijte !TEMPERATURE. Je-li pro každý uzel nebo skupinu uzlů zadána teplota, sestaví se ekvivalentní uzlové síly pro analýzu tepelného napětí na základě rozdílu vůči referenční nebo předchozí teplotě. Součinitel teplotní roztažnosti se zadává v definici materiálu. Referenční teplota se zadává pomocí !REFTEMP.

Teplotu lze zadat přímo v řídicím souboru nebo načíst ze souboru výsledků vytvořeného analýzou vedení tepla či jinou analýzou. Je-li zadáno READRESULT, uzlové teploty na datových řádcích se nenačítají; namísto toho se načtou výsledková data určená parametry SSTEP, INTERVAL, READTYPE a souvisejícími parametry. Při použití souboru výsledků musí jeho uložený čas nebo číslo kroku odpovídat zadání na straně strukturální analýzy.

Protože !TEMPERATURE nemá parametr AMP, nepodléhá škálování amplitudovou funkcí. Chcete-li měnit historii teploty, řiďte samotná teplotní data, načítané výsledky tepelné analýzy nebo dělení kroků.

Počáteční podmínky a předepsané hodnoty v dynamické analýze (rychlost a zrychlení)

V dynamické analýze lze pomocí !VELOCITY a !ACCELERATION zadat počáteční podmínky nebo předepsané hodnoty rychlosti či zrychlení. V obou případech se zadává uzel nebo skupina uzlů, rozsah stupňů volnosti a hodnota. Rozsah stupňů volnosti je 1 až 6; u modelů s rotačními stupni volnosti odpovídají 4 až 6 úhlové rychlosti nebo úhlovému zrychlení.

TYPE=INITIAL zadává počáteční rychlost nebo počáteční zrychlení na začátku analýzy. Je-li zadána počáteční rychlost, počáteční zrychlení se vypočte tak, aby bylo konzistentní s pohybovou rovnicí. Je-li zadáno počáteční zrychlení, existuje výpočetní cesta, v níž se vypočte počáteční rychlost.

TYPE=TRANSIT zadává časově proměnnou předepsanou rychlost nebo předepsané zrychlení. Je-li TYPE vynecháno, považuje se za TRANSIT. Je-li zadáno AMP, amplitudová funkce se interpoluje v čase dynamické analýzy a její hodnota se vynásobí předepsanou hodnotou.

Vícebodové vazby

Funkci vícebodové vazby použijte, pokud je nutné vynutit lineární vztah mezi více uzlovými stupni volnosti. Odpovídajícím klíčovým slovem je !EQUATION, které může vyjádřit vztahy, jako je tuhé spojení, periodické okrajové podmínky a vztahy posunutí mezi uzly, které je obtížné reprezentovat pevným omezením jediného uzlu a jediného stupně volnosti.

Pokyny k použití vícebodových vazeb, jejich zpracování lineárním řešičem a vztah k jiným funkcím vazby stupňů volnosti, například kontaktu TIED, viz Vícebodové vazby.

Okrajové podmínky v analýze vedení tepla

V analýze vedení tepla se jako okrajové podmínky aplikují pevná teplota, tepelný tok, konvekce a sálání. Nezávisle na !STEP pro strukturální analýzu se časové řízení tepelné analýzy zadává pomocí !HEAT.

Klíčové slovo Cíl Popis Zadání amplitudy
!FIXTEMP Uzel nebo skupina uzlů Fixuje teplotu. AMP
!CFLUX Uzel nebo skupina uzlů Aplikuje soustředěný uzlový tepelný tok. AMP
!DFLUX Prvek nebo skupina prvků Aplikuje rozložený tepelný tok na objem prvku nebo jeho stěnu. AMP
!SFLUX Skupina ploch Aplikuje tepelný tok na skupinu ploch. AMP
!FILM Prvek nebo skupina prvků Aplikuje konvekční okrajovou podmínku na stěnu prvku. AMP1, AMP2
!SFILM Skupina ploch Aplikuje konvekční okrajovou podmínku na skupinu ploch. AMP1, AMP2
!RADIATE Prvek nebo skupina prvků Aplikuje radiační okrajovou podmínku na stěnu prvku. AMP1, AMP2
!SRADIATE Skupina ploch Aplikuje radiační okrajovou podmínku na skupinu ploch. AMP1, AMP2

U !DFLUX představuje BF objemový zdroj tepla, zatímco S0 až S6 představují tepelný tok na stěnách prvku. U !FILM se stěny prvku zadávají pomocí F0 až F6; u !RADIATE pomocí R0 až R6. Protože přiřazení čísel stěn ke skutečným stěnám prvku závisí na typu prvku, podrobnosti naleznete v referenci každého klíčového slova.

Konvekční okrajová podmínka zadává součinitel přestupu tepla a vnější teplotu. Radiační okrajová podmínka zadává koeficient ekvivalentní emisivitě a teplotu okolí. AMP1 odpovídá straně koeficientu a AMP2 straně vnější nebo okolní teploty, takže lze časový průběh obou veličin řídit nezávisle.

Amplitudové funkce

Amplitudová funkce definuje časovou změnu okrajové podmínky nebo zatížení pomocí tabulky časů a hodnot. Ve vstupu se pojmenovaná časová tabulka definuje pomocí !AMPLITUDE a odkazuje se na ni parametrem AMP, AMP1 nebo AMP2 cílového klíčového slova.

Hlavní použitelná klíčová slova jsou následující.

!AMPLITUDE se načítá v tabulkové podobě (DEFINITION=TABULAR) a typ času se považuje za čas kroku (TIME=STEP). Hodnoty lze definovat jako relativní nebo absolutní, avšak u jednotlivých klíčových slov se obvykle používají jako faktory násobící základní hodnotu.

!TEMPERATURE nepodléhá amplitudovým funkcím. Protože se ani !SPRING nesestavuje se samostatnou časovou změnou tuhosti pružiny, přepínání pružinových podpor se provádí řízením kroků.

Viz také

AI-assisted translation May contain errors Official docs Status