Przejdź do treści

Warunki brzegowe i obciążenia

W FrontISTR warunki brzegowe i obciążenia dla analiz strukturalnych, przewodzenia ciepła i dynamicznych definiuje się za pomocą słów kluczowych. W statycznej analizie strukturalnej zdefiniowane warunki brzegowe i obciążenia są grupowane według identyfikatora grupy i aktywowane dla każdego kroku przez !STEP, z użyciem jego wiersza BOUNDARY lub LOAD. Również w analizie dynamicznej !BOUNDARY, !CLOAD, !VELOCITY, !ACCELERATION oraz !SPRING dla metody niejawnej mogą być aktywowane grupami z poziomu !STEP. Warunki zmienne w czasie są skalowane za pomocą !AMPLITUDE, a liniowe zależności między wieloma stopniami swobody definiuje się za pomocą !EQUATION.

Przegląd funkcji

Warunki brzegowe i obciążenia można sklasyfikować według typu analizy w następujący sposób.

Typ analizy Główne słowa kluczowe Zastosowanie
Analiza strukturalna !BOUNDARY Nakłada utwierdzenia, zadane przemieszczenia oraz zadany obrót względem środka obrotu.
Analiza strukturalna !CLOAD Przykłada skupione siły węzłowe, momenty do obrotowych stopni swobody oraz moment skręcający względem środka obrotu.
Analiza strukturalna !DLOAD Przykłada ciśnienie powierzchniowe, obciążenia powierzchniowe, siły objętościowe, grawitację i siłę odśrodkową.
Analiza strukturalna !SPRING Dodaje podpory sprężyste do węzłowych stopni swobody.
Analiza strukturalna !TEMPERATURE Bezpośrednio określa temperatury węzłowe używane w analizie naprężeń cieplnych albo odczytuje je z pliku wyników.
Analiza dynamiczna !VELOCITY, !ACCELERATION Określa prędkość lub przyspieszenie początkowe albo zadane prędkości lub przyspieszenia zmienne w czasie.
Analiza przewodzenia ciepła !FIXTEMP, !CFLUX, !DFLUX, !SFLUX, !FILM, !SFILM, !RADIATE, !SRADIATE Stosuje stałą temperaturę, strumień ciepła, konwekcję i promieniowanie.
Wspólne !AMPLITUDE Określa w postaci tabelarycznej zmienne w czasie współczynniki skali dla warunków brzegowych i obciążeń.
Definicja siatki !EQUATION Definiuje równania więzów wielopunktowych.

W analizie strukturalnej numery stopni swobody 1, 2 i 3 są zwykle traktowane jako translacyjne stopnie swobody, a 4, 5 i 6 jako obrotowe stopnie swobody. Obrotowe stopnie swobody mają znaczenie w modelach z sześcioma stopniami swobody, takich jak elementy powłokowe i belkowe. W modelach zawierających wyłącznie dwu- lub trójwymiarowe elementy bryłowe należy określać więzy i obciążenia tylko w zakresie stopni swobody dostępnych w docelowych węzłach.

Więzy przemieszczeń w analizie strukturalnej

Więzy przemieszczeń określa się za pomocą !BOUNDARY. Dla węzła lub grupy węzłów podaje się zakres stopni swobody oraz wartość. Wartość 0 definiuje utwierdzenie, natomiast wartość niezerowa definiuje zadane przemieszczenie lub zadany obrót.

W analizie strukturalnej !BOUNDARY przyjmuje zakres stopni swobody od 1 do 6. 1–3 odpowiadają przemieszczeniom translacyjnym, natomiast 4–6 odpowiadają więzom obrotowym w węzłach posiadających obrotowe stopnie swobody. Ponieważ można podać jednocześnie zakres stopni swobody, można na przykład zablokować translację, ustalając równocześnie stopnie 1–3.

Po określeniu parametru AMP zadana wartość zmienia się w czasie zgodnie z funkcją amplitudy. Przy zwykłej specyfikacji zadane przemieszczenie jest przykładane przyrostowo zgodnie ze współczynnikiem obciążenia w kroku lub zmianą funkcji amplitudy. Po ustawieniu TOTAL=YES podana wartość jest traktowana jako docelowe przemieszczenie całkowite.

Po określeniu ROT_CENTER można nałożyć więz obrotowy względem centralnej grupy węzłów. W takim przypadku przemieszczenia translacyjne docelowej grupy węzłów są obliczane z wielkości obrotu i nakładane jako więzy. Połączenie ROT_CENTER i TOTAL=YES nie jest obsługiwane, dlatego więzy obrotowe względem środka obrotu stosuje się jako specyfikacje przyrostowe.

Obciążenia skupione w analizie strukturalnej

Skupione obciążenia węzłowe określa się za pomocą !CLOAD. Po podaniu węzła lub grupy węzłów, numeru stopnia swobody i wartości obciążenia obciążenie jest wprowadzane do prawej strony dla tego stopnia swobody.

Wartości określone dla translacyjnych stopni swobody 1–3 są traktowane jako siły węzłowe w kierunkach układu współrzędnych. W modelach z obrotowymi stopniami swobody wartości określone dla 4–6 mogą przykładać momenty do obrotowych stopni swobody. Po określeniu parametru AMP obciążenie skupione jest mnożone przez wartość funkcji amplitudy.

Po określeniu ROT_CENTER obciążenie jest przykładane jako moment skręcający względem centralnej grupy węzłów. W takim przypadku określony wektor momentu jest rozdzielany na siły węzłowe na podstawie wektorów położenia od środka do węzłów docelowych. Ponieważ momentu nie można rozdzielić, gdy środek i węzeł docelowy znajdują się w tym samym położeniu, należy sprawdzić zależność geometryczną między środkiem obrotu a punktami przyłożenia obciążenia.

Należy zachować ostrożność, gdy !CLOAD jest określone dla grupy węzłów w modelu, który używa również !MESH z REFINE (zagęszczanie siatki, Refiner). Zagęszczanie tworzy nowe węzły pośrednie na krawędziach należących do pierwotnej grupy węzłów, a węzły te są również dodawane do tej samej grupy. Ponieważ !CLOAD przypisuje tę samą wartość obciążenia skupionego każdemu węzłowi w grupie, takie samo obciążenie jest przykładane również do dodanych węzłów pośrednich, przez co całkowite obciążenie różni się od zamierzonego przed zagęszczeniem. Przy określaniu obciążeń skupionych przez grupę węzłów należy uwzględnić wzrost liczby punktów obciążenia spowodowany zagęszczeniem albo, najlepiej, wskazywać bezpośrednio pojedyncze węzły.

Obciążenia rozłożone i siły objętościowe w analizie strukturalnej

Obciążenia rozłożone i siły objętościowe określa się za pomocą !DLOAD. !DLOAD określa typ obciążenia i parametry dla grupy elementów lub grupy powierzchni. Zmienność w czasie określa się parametrem AMP.

Główne typy obciążeń są następujące.

Typ obciążenia Opis
P0, PP, P1–P6 Przykłada ciśnienie działające na ścianę elementu. Zależność między numerami ścian i ścianami elementu zależy od typu elementu.
PX, PY, PZ Określa ciśnienie z jawnym kierunkiem współrzędnych. Podczas przetwarzania danych wejściowych jest ono przekształcane na wektor kierunku.
S... Przykłada obciążenie powierzchniowe do grupy powierzchni. Numer ściany jest pobierany z definicji grupy powierzchni.
BX, BY, BZ Przykłada siłę objętościową w kierunku współrzędnej.
GRAV Określa wektor przyspieszenia grawitacyjnego. Jest on łączony z gęstością materiału i uwzględniany jako siła objętościowa.
CENT Przykłada siłę odśrodkową na podstawie osi obrotu i prędkości kątowej.

Po określeniu FOLLOW=YES ciśnienie powierzchniowe podąża za orientacją odkształconej powierzchni. Specyfikacja ta ma znaczenie w analizie strukturalnej uwzględniającej skończone odkształcenia. W analizach z wyłączoną geometrią nieliniową ciśnienie śledzące jest wyłączane przez implementację.

Podobnie jak w przypadku P1–P6 oraz S1–S6 po stronie analizy cieplnej, znaczenie numerów ścian różni się w zależności od typu elementu. Szczegółowe powiązanie numerów ścian i kolejność pól danych podano w dokumentacji odpowiedniego słowa kluczowego.

Podpory sprężyste w analizie strukturalnej

Podpory sprężyste określa się za pomocą !SPRING. Po podaniu węzła lub grupy węzłów, numeru stopnia swobody i sztywności sprężyny sztywność sprężyny jest dodawana do diagonalnego składnika sztywności docelowego stopnia swobody, a reakcja sprężyny proporcjonalna do bieżącego przemieszczenia jest wprowadzana do prawej strony.

Po określeniu dla stopni swobody 1–3 podpora jest traktowana jako sprężyna translacyjna. W modelach z obrotowymi stopniami swobody wskazanie 4–6 umożliwia użycie sprężyn obrotowych. Należy sprawdzić konfigurację stopni swobody, aby nie przypisać sprężyn do stopni swobody nieobecnych w docelowym modelu.

W bieżącej implementacji sztywność sprężyny !SPRING nie jest zmieniana w czasie przez indywidualną funkcję amplitudy. W obrębie kroku jest ona składana zgodnie ze współczynnikiem kroku. Aby włączać lub wyłączać podporę sprężystą, należy użyć identyfikatora grupy oraz !STEP z jego specyfikacją LOAD, sterując podporą w każdym kroku.

Obciążenia temperaturowe w analizie strukturalnej

Do przykładania obciążeń wynikających z odkształceń cieplnych w analizie strukturalnej użyj !TEMPERATURE. Gdy dla każdego węzła lub grupy węzłów podana jest temperatura, równoważne siły węzłowe do analizy naprężeń cieplnych są składane na podstawie różnicy względem temperatury odniesienia lub poprzedniej temperatury. Współczynnik rozszerzalności cieplnej określa się w definicji materiału. Temperaturę odniesienia określa się za pomocą !REFTEMP.

Temperaturę można podać bezpośrednio w pliku sterującym albo odczytać z pliku wyników utworzonego przez analizę przewodzenia ciepła lub inną analizę. Po określeniu READRESULT temperatury węzłowe z wierszy danych nie są odczytywane; zamiast tego odczytywane są dane wynikowe wskazane przez SSTEP, INTERVAL, READTYPE i powiązane parametry. Przy użyciu pliku wyników zapisany w nim czas lub numer kroku musi odpowiadać specyfikacji po stronie analizy strukturalnej.

Ponieważ !TEMPERATURE nie ma parametru AMP, nie podlega skalowaniu funkcją amplitudy. Aby zmieniać historię temperatury, należy sterować samymi danymi temperatury, odczytywanymi wynikami analizy cieplnej lub podziałem kroku.

Warunki początkowe i wartości zadane w analizie dynamicznej (prędkość i przyspieszenie)

W analizie dynamicznej !VELOCITY i !ACCELERATION mogą określać warunki początkowe albo zadane wartości prędkości lub przyspieszenia. Oba słowa kluczowe określają węzeł lub grupę węzłów, zakres stopni swobody i wartość. Zakres stopni swobody wynosi od 1 do 6; w modelach z obrotowymi stopniami swobody 4–6 odpowiadają prędkości kątowej lub przyspieszeniu kątowemu.

TYPE=INITIAL określa prędkość początkową lub przyspieszenie początkowe na początku analizy. Gdy podano prędkość początkową, przyspieszenie początkowe jest obliczane tak, aby zachować zgodność z równaniem ruchu. Gdy podano przyspieszenie początkowe, istnieje ścieżka, w której obliczana jest prędkość początkowa.

TYPE=TRANSIT określa zmienną w czasie zadaną prędkość lub zadane przyspieszenie. Jeśli TYPE pominięto, przyjmowane jest TRANSIT. Po określeniu AMP funkcja amplitudy jest interpolowana dla czasu analizy dynamicznej i mnożona przez zadaną wartość.

Więzy wielopunktowe

Funkcji więzów wielopunktowych należy użyć, gdy trzeba nałożyć liniową zależność między wieloma węzłowymi stopniami swobody. Odpowiadające słowo kluczowe to !EQUATION, które może wyrażać zależności takie jak sprzężenie sztywne, warunki okresowe i zależności przemieszczeń między węzłami, trudne do przedstawienia za pomocą stałego więzu pojedynczego węzła i pojedynczego stopnia swobody.

Wskazówki dotyczące używania więzów wielopunktowych, sposobu ich obsługi przez solver liniowy oraz ich związku z innymi funkcjami sprzęgania stopni swobody, takimi jak kontakt TIED, znajdują się w Więzach wielopunktowych.

Warunki brzegowe w analizie przewodzenia ciepła

W analizie przewodzenia ciepła jako warunki brzegowe stosuje się stałą temperaturę, strumień ciepła, konwekcję i promieniowanie. Niezależnie od !STEP używanego w analizie strukturalnej sterowanie czasem analizy cieplnej określa się za pomocą !HEAT.

Słowo kluczowe Obiekt Opis Specyfikacja amplitudy
!FIXTEMP Węzeł lub grupa węzłów Ustala temperaturę. AMP
!CFLUX Węzeł lub grupa węzłów Przykłada skupiony węzłowy strumień ciepła. AMP
!DFLUX Element lub grupa elementów Przykłada rozłożony strumień ciepła do objętości elementu lub jego ściany. AMP
!SFLUX Grupa powierzchni Przykłada strumień ciepła do grupy powierzchni. AMP
!FILM Element lub grupa elementów Nakłada warunek konwekcyjny na ścianę elementu. AMP1, AMP2
!SFILM Grupa powierzchni Nakłada warunek konwekcyjny na grupę powierzchni. AMP1, AMP2
!RADIATE Element lub grupa elementów Nakłada warunek promieniowania na ścianę elementu. AMP1, AMP2
!SRADIATE Grupa powierzchni Nakłada warunek promieniowania na grupę powierzchni. AMP1, AMP2

Dla !DFLUX BF oznacza objętościowe źródło ciepła, natomiast S0–S6 oznaczają strumień ciepła na ścianach elementu. Dla !FILM ściany elementu określa się przez F0–F6, a dla !RADIATE przez R0–R6. Ponieważ zależność między numerami ścian a rzeczywistymi ścianami elementu zależy od typu elementu, szczegóły podano w dokumentacji każdego słowa kluczowego.

Warunek konwekcyjny określa współczynnik konwekcji i temperaturę zewnętrzną. Warunek promieniowania określa współczynnik równoważny emisyjności i temperaturę otoczenia. AMP1 odpowiada stronie współczynnika, a AMP2 stronie temperatury zewnętrznej lub otoczenia, co umożliwia niezależną zmienność każdej z nich w czasie.

Funkcje amplitudy

Funkcja amplitudy definiuje zmienność warunku brzegowego lub obciążenia w czasie za pomocą tabeli czasów i wartości. W danych wejściowych nazwana tabela czasu jest definiowana przez !AMPLITUDE i wskazywana parametrem AMP, AMP1 lub AMP2 odpowiedniego słowa kluczowego.

Główne słowa kluczowe, do których ma to zastosowanie, są następujące.

!AMPLITUDE jest odczytywane w postaci tabelarycznej (DEFINITION=TABULAR), a typ czasu jest traktowany jako czas kroku (TIME=STEP). Wartości można definiować jako względne lub bezwzględne, lecz dla poszczególnych słów kluczowych są one zwykle używane jako współczynniki mnożące wartość bazową.

!TEMPERATURE nie podlega funkcjom amplitudy. Ponadto, ponieważ !SPRING nie jest składane z niezależną zmiennością sztywności sprężyny w czasie, włączanie i wyłączanie podpór sprężystych odbywa się przez sterowanie krokami.

Zobacz także