Ir para o conteúdo

Condições de contorno e cargas

No FrontISTR, as condições de contorno e as cargas para análises estruturais, de condução de calor e dinâmicas são definidas por palavras-chave. Na análise estrutural estática, as condições de contorno e cargas definidas são agrupadas por ID de grupo e ativadas em cada etapa por meio de !STEP, usando sua linha BOUNDARY ou LOAD. Também na análise dinâmica, !BOUNDARY, !CLOAD, !VELOCITY, !ACCELERATION e !SPRING para o método implícito podem ser ativados por grupo a partir de !STEP. Condições que variam com o tempo são escaladas usando !AMPLITUDE, e relações lineares entre vários graus de liberdade são definidas com !EQUATION.

Visão geral das funções

As condições de contorno e as cargas podem ser classificadas por tipo de análise da seguinte forma.

Tipo de análise Principais palavras-chave Finalidade
Análise estrutural !BOUNDARY Aplica restrições fixas, deslocamentos prescritos e rotação prescrita em torno de um centro de rotação.
Análise estrutural !CLOAD Aplica forças nodais concentradas, momentos em graus de liberdade de rotação e torque em torno de um centro de rotação.
Análise estrutural !DLOAD Aplica pressão superficial, cargas de superfície, forças de corpo, gravidade e força centrífuga.
Análise estrutural !SPRING Aplica apoios elásticos aos graus de liberdade nodais.
Análise estrutural !TEMPERATURE Especifica diretamente as temperaturas nodais usadas na análise de tensões térmicas ou as lê de um arquivo de resultados.
Análise dinâmica !VELOCITY, !ACCELERATION Aplica velocidade ou aceleração inicial, ou velocidade ou aceleração prescrita variável no tempo.
Análise de condução de calor !FIXTEMP, !CFLUX, !DFLUX, !SFLUX, !FILM, !SFILM, !RADIATE, !SRADIATE Aplica temperatura fixa, fluxo de calor, convecção e radiação.
Comum !AMPLITUDE Especifica, em forma tabular, fatores de escala variáveis no tempo para condições de contorno e cargas.
Definição da malha !EQUATION Define equações de restrição multiponto.

Na análise estrutural, os números de grau de liberdade 1, 2 e 3 normalmente são tratados como graus de liberdade de translação, e 4, 5 e 6 como graus de liberdade de rotação. Os graus de liberdade de rotação são relevantes em modelos com seis graus de liberdade, como elementos de casca e de viga. Em modelos que contêm apenas elementos sólidos bidimensionais ou tridimensionais, especifique restrições e cargas somente dentro da faixa de graus de liberdade existente nos nós-alvo.

Restrições de deslocamento na análise estrutural

As restrições de deslocamento são especificadas com !BOUNDARY. Para um nó ou grupo de nós, são fornecidos uma faixa de graus de liberdade e um valor. Um valor 0 define uma restrição fixa, enquanto um valor diferente de zero define um deslocamento prescrito ou uma rotação prescrita.

Na análise estrutural, !BOUNDARY aceita uma faixa de graus de liberdade de 1 a 6. 1 a 3 correspondem a deslocamentos de translação, enquanto 4 a 6 correspondem a restrições de rotação em nós que possuem graus de liberdade de rotação. Como uma faixa de graus de liberdade pode ser especificada em conjunto, por exemplo, a translação pode ser restringida fixando simultaneamente 1 a 3.

Quando o parâmetro AMP é especificado, o valor prescrito varia com o tempo de acordo com uma função de amplitude. Na especificação normal, o deslocamento prescrito é aplicado incrementalmente de acordo com o fator de carga dentro da etapa ou com a variação da função de amplitude. Quando TOTAL=YES é especificado, o valor especificado é tratado como o deslocamento total-alvo.

Quando ROT_CENTER é especificado, uma restrição de rotação pode ser aplicada em relação a um grupo de nós de centro. Com essa especificação, os deslocamentos de translação do grupo de nós-alvo são calculados a partir da quantidade de rotação e impostos como restrições. A combinação de ROT_CENTER com TOTAL=YES não é suportada; portanto, restrições de rotação em torno de um centro de rotação são usadas como especificações incrementais.

Cargas concentradas na análise estrutural

As cargas nodais concentradas são especificadas com !CLOAD. Quando são fornecidos um nó ou grupo de nós, um número de grau de liberdade e um valor de carga, a carga é incorporada ao lado direito correspondente a esse grau de liberdade.

Os valores especificados para os graus de liberdade de translação 1 a 3 são tratados como forças nodais nas direções das coordenadas. Em modelos com graus de liberdade de rotação, valores especificados para 4 a 6 podem aplicar momentos aos graus de liberdade de rotação. Quando o parâmetro AMP é especificado, a carga concentrada é multiplicada pelo valor da função de amplitude.

Quando ROT_CENTER é especificado, a carga é aplicada como torque em torno do grupo de nós de centro. Nesse caso, o vetor de torque especificado é distribuído em forças nodais com base nos vetores de posição do centro até os nós-alvo. Como o torque não pode ser distribuído quando o centro e um nó-alvo estão na mesma posição, deve-se verificar a relação geométrica entre o centro de rotação e os pontos de aplicação da carga.

É necessário ter cuidado quando !CLOAD é especificado para um grupo de nós em um modelo que também utiliza !MESH com REFINE (refinamento de malha, Refiner). O refinamento cria novos nós intermediários nas arestas contidas no grupo de nós original, e esses nós intermediários também são adicionados ao mesmo grupo de nós. Como !CLOAD atribui o mesmo valor de carga concentrada a cada nó do grupo, a mesma carga concentrada também é aplicada aos nós intermediários adicionados, resultando em uma carga total diferente daquela pretendida antes do refinamento. Ao especificar cargas concentradas por grupo de nós, considere o aumento dos pontos de aplicação da carga causado pelo refinamento ou, de preferência, especifique diretamente nós individuais.

Cargas distribuídas e forças de corpo na análise estrutural

As cargas distribuídas e as forças de corpo são especificadas com !DLOAD. !DLOAD especifica um tipo de carga e parâmetros para um grupo de elementos ou grupo de superfícies. A variação temporal é especificada pelo parâmetro AMP.

Os principais tipos de carga são os seguintes.

Tipo de carga Descrição
P0, PP, P1–P6 Aplica pressão atuando sobre uma face do elemento. A correspondência entre números de face e faces do elemento depende do tipo de elemento.
PX, PY, PZ Especifica a pressão com uma direção de coordenada explícita. Ela é convertida em um vetor de direção durante o processamento da entrada.
S... Aplica uma carga de superfície a um grupo de superfícies. O número da face é obtido da definição do grupo de superfícies.
BX, BY, BZ Aplica uma força de corpo em uma direção de coordenada.
GRAV Especifica o vetor de aceleração da gravidade. Ele é combinado com a densidade do material e incorporado como força de corpo.
CENT Aplica força centrífuga com base em um eixo de rotação e uma velocidade angular.

Quando FOLLOW=YES é especificado, a pressão superficial acompanha a orientação da superfície deformada. Essa especificação é relevante em análises estruturais que consideram deformação finita. Em análises nas quais a geometria não linear está desativada, a pressão seguidora é desativada pela implementação.

Assim como ocorre com P1 a P6 e S1 a S6 no lado da análise térmica, o significado dos números das faces varia conforme o tipo de elemento. Consulte a referência da palavra-chave para a correspondência específica entre números de face e para a ordem dos campos de dados.

Apoios elásticos na análise estrutural

Os apoios elásticos são especificados com !SPRING. Quando são fornecidos um nó ou grupo de nós, um número de grau de liberdade e uma constante de mola, a rigidez da mola é adicionada à rigidez diagonal do grau de liberdade-alvo, e uma reação da mola proporcional ao deslocamento atual é incorporada ao lado direito.

Quando especificado para os graus de liberdade 1 a 3, o apoio é tratado como mola translacional. Em modelos com graus de liberdade de rotação, a especificação de 4 a 6 permite usar molas rotacionais. Verifique a configuração dos graus de liberdade para evitar atribuir molas a graus de liberdade inexistentes no modelo-alvo.

Na implementação atual, a rigidez da mola de !SPRING não varia com o tempo por meio de uma função de amplitude individual. Dentro de uma etapa, ela é montada de acordo com o fator da etapa. Para ativar ou desativar um apoio elástico, use o ID de grupo e !STEP, com sua especificação LOAD, para controlá-lo em cada etapa.

Cargas de temperatura na análise estrutural

Use !TEMPERATURE para aplicar cargas decorrentes de deformação térmica na análise estrutural. Quando uma temperatura é especificada para cada nó ou grupo de nós, forças nodais equivalentes para a análise de tensões térmicas são montadas com base na diferença em relação à temperatura de referência ou à temperatura anterior. O coeficiente de expansão térmica é especificado na definição do material. A temperatura de referência é especificada com !REFTEMP.

A temperatura pode ser especificada diretamente no arquivo de controle ou lida de um arquivo de resultados produzido por uma análise de condução de calor ou outra análise. Quando READRESULT é especificado, as temperaturas nodais nas linhas de dados não são lidas; em vez disso, são lidos os dados de resultado especificados por SSTEP, INTERVAL, READTYPE e parâmetros relacionados. Ao usar um arquivo de resultados, o tempo ou o número da etapa nele salvo deve corresponder à especificação do lado da análise estrutural.

Como !TEMPERATURE não possui o parâmetro AMP, ela não é submetida ao escalonamento por uma função de amplitude. Para variar o histórico de temperatura, controle os próprios dados de temperatura, os resultados da análise térmica que são lidos ou a subdivisão das etapas.

Condições iniciais e valores prescritos na análise dinâmica (velocidade e aceleração)

Na análise dinâmica, !VELOCITY e !ACCELERATION podem especificar condições iniciais ou valores prescritos de velocidade ou aceleração. Ambos especificam um nó ou grupo de nós, uma faixa de graus de liberdade e um valor. A faixa de graus de liberdade é de 1 a 6; em modelos com graus de liberdade de rotação, 4 a 6 correspondem a velocidade angular ou aceleração angular.

TYPE=INITIAL especifica a velocidade inicial ou a aceleração inicial no início da análise. Quando é fornecida uma velocidade inicial, a aceleração inicial é calculada de modo consistente com a equação do movimento. Quando é fornecida uma aceleração inicial, há um caminho de processamento no qual a velocidade inicial é calculada.

TYPE=TRANSIT especifica uma velocidade prescrita ou aceleração prescrita variável no tempo. Se TYPE for omitido, ele é tratado como TRANSIT. Quando AMP é especificado, a função de amplitude é interpolada no instante da análise dinâmica e multiplicada pelo valor prescrito.

Restrições multiponto

Use a função de restrição multiponto quando for necessário impor uma relação linear entre vários graus de liberdade nodais. A palavra-chave correspondente é !EQUATION, que pode expressar relações como acoplamento rígido, condições de contorno periódicas e relações de deslocamento entre nós difíceis de representar com uma restrição fixa aplicada a um único nó e um único grau de liberdade.

Para orientações sobre o uso de restrições multiponto, seu tratamento pelo solver linear e sua relação com outras funções de acoplamento de graus de liberdade, como contato TIED, consulte Restrições multiponto.

Condições de contorno na análise de condução de calor

Na análise de condução de calor, temperatura fixa, fluxo de calor, convecção e radiação são aplicados como condições de contorno. Separadamente de !STEP para análise estrutural, o controle temporal da análise térmica é especificado com !HEAT.

Palavra-chave Alvo Descrição Especificação de amplitude
!FIXTEMP Nó ou grupo de nós Fixa a temperatura. AMP
!CFLUX Nó ou grupo de nós Aplica fluxo de calor nodal concentrado. AMP
!DFLUX Elemento ou grupo de elementos Aplica fluxo de calor distribuído ao volume ou à face de um elemento. AMP
!SFLUX Grupo de superfícies Aplica fluxo de calor a um grupo de superfícies. AMP
!FILM Elemento ou grupo de elementos Aplica uma condição de contorno convectiva a uma face do elemento. AMP1, AMP2
!SFILM Grupo de superfícies Aplica uma condição de contorno convectiva a um grupo de superfícies. AMP1, AMP2
!RADIATE Elemento ou grupo de elementos Aplica uma condição de contorno radiativa a uma face do elemento. AMP1, AMP2
!SRADIATE Grupo de superfícies Aplica uma condição de contorno radiativa a um grupo de superfícies. AMP1, AMP2

Para !DFLUX, BF representa geração volumétrica de calor, enquanto S0 a S6 representam fluxo de calor nas faces dos elementos. Para !FILM, as faces dos elementos são especificadas por F0 a F6; para !RADIATE, por R0 a R6. Como a correspondência entre os números de face e as faces reais dos elementos depende do tipo de elemento, consulte a referência de cada palavra-chave para obter detalhes.

Uma condição de contorno convectiva especifica um coeficiente de convecção e uma temperatura externa. Uma condição de contorno radiativa especifica um coeficiente equivalente de emissividade e uma temperatura ambiente. AMP1 corresponde ao lado do coeficiente, e AMP2 ao lado da temperatura externa ou ambiente, permitindo variação temporal independente de cada um.

Funções de amplitude

Uma função de amplitude define a variação temporal de uma condição de contorno ou carga usando uma tabela de tempos e valores. Na entrada, uma tabela temporal nomeada é definida com !AMPLITUDE e referenciada pelo parâmetro AMP, AMP1 ou AMP2 da palavra-chave de destino.

As principais palavras-chave aplicáveis são as seguintes.

!AMPLITUDE é lida em forma tabular (DEFINITION=TABULAR), e o tipo de tempo é tratado como tempo da etapa (TIME=STEP). Os valores podem ser definidos como valores relativos ou absolutos, mas para palavras-chave individuais normalmente são usados como fatores que multiplicam um valor base.

!TEMPERATURE não está sujeita a funções de amplitude. Além disso, como !SPRING não é montada com variação temporal independente da constante de mola, a ativação e desativação dos apoios elásticos é feita pelo controle por etapas.

Consulte também