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Condições de Fronteira e Cargas

No FrontISTR, as condições de fronteira e as cargas para análises estruturais, de condução térmica e dinâmicas são definidas por palavras-chave. Na análise estrutural estática, as condições de fronteira e cargas definidas são agrupadas por ID de grupo e ativadas em cada passo através de !STEP, utilizando a respetiva 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. As condições que variam com o tempo são escaladas utilizando !AMPLITUDE, e as relações lineares entre vários graus de liberdade são definidas com !EQUATION.

Visão Geral das Funções

As condições de fronteira 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 nos graus de liberdade de rotação e binário em torno de um centro de rotação.
Análise estrutural !DLOAD Aplica pressão superficial, cargas superficiais, forças volúmicas, gravidade e força centrífuga.
Análise estrutural !SPRING Aplica apoios elásticos aos graus de liberdade nodais.
Análise estrutural !TEMPERATURE Especifica diretamente temperaturas nodais utilizadas na análise de tensões térmicas ou lê-as de um ficheiro de resultados.
Análise dinâmica !VELOCITY, !ACCELERATION Aplica velocidade ou aceleração inicial, ou velocidade ou aceleração prescrita variável no tempo.
Análise de condução térmica !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 fronteira e cargas.
Definição da malha !EQUATION Define equações de restrição multiponto.

Na análise estrutural, os números de grau de liberdade 1, 2 e 3 são normalmente tratados como graus de liberdade de translação, e 4, 5 e 6 como graus de liberdade de rotação. Os graus de liberdade de rotação têm significado em modelos com seis graus de liberdade, como elementos de casca e de viga. Para modelos que contenham apenas elementos sólidos bidimensionais ou tridimensionais, especifique restrições e cargas apenas dentro do intervalo de graus de liberdade existentes nos nós de destino.

Restrições de Deslocamento na Análise Estrutural

As restrições de deslocamento são especificadas com !BOUNDARY. Para um nó ou grupo de nós são fornecidos um intervalo 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 um intervalo 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 nos nós que possuem graus de liberdade de rotação. Como é possível especificar em conjunto um intervalo de graus de liberdade, por exemplo, a translação pode ser restringida fixando simultaneamente 1 a 3.

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

Quando é especificado ROT_CENTER, pode ser aplicada uma restrição de rotação relativamente a um grupo de nós central. Com esta especificação, os deslocamentos de translação do grupo de nós de destino são calculados a partir da quantidade de rotação e impostos como restrições. A combinação de ROT_CENTER e TOTAL=YES não é suportada, pelo que as restrições de rotação em torno de um centro de rotação são utilizadas 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 no segundo membro 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 coordenadas. Em modelos com graus de liberdade de rotação, os valores especificados para 4 a 6 podem aplicar momentos aos graus de liberdade de rotação. Quando é especificado o parâmetro AMP, a carga concentrada é multiplicada pelo valor da função de amplitude.

Quando é especificado ROT_CENTER, a carga é aplicada como binário em torno do grupo de nós central. Neste caso, o vetor de binário especificado é distribuído por forças nodais com base nos vetores posição do centro para os nós de destino. Como não é possível distribuir o binário quando o centro e um nó de destino se encontram na mesma posição, deve verificar-se 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 num modelo que também utiliza !MESH com REFINE (refinamento de malha, Refiner). O refinamento cria novos nós de meio de aresta nas arestas contidas no grupo de nós original, e esses nós de meio de aresta são também adicionados ao mesmo grupo de nós. Como !CLOAD atribui o mesmo valor de carga concentrada a todos os nós do grupo, a mesma carga concentrada é também aplicada aos nós de meio de aresta adicionados, resultando numa carga total diferente da pretendida antes do refinamento. Ao especificar cargas concentradas por grupo de nós, tenha em conta o aumento do número de pontos de aplicação da carga causado pelo refinamento ou, preferencialmente, especifique diretamente nós individuais.

Cargas Distribuídas e Forças Volúmicas na Análise Estrutural

As cargas distribuídas e as forças volúmicas 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 com o parâmetro AMP.

Os principais tipos de carga são os seguintes.

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

Quando é especificado FOLLOW=YES, a pressão superficial acompanha a orientação da superfície deformada. Esta especificação tem significado numa análise estrutural que considere deformação finita. Nas análises em que a geometria não linear está desativada, a implementação desativa a pressão seguidora.

Tal como para P1 a P6 e S1 a S6 do lado da análise térmica, o significado dos números das faces difere consoante o tipo de elemento. Consulte a referência de palavras-chave para a correspondência específica dos números das faces e 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 de destino, e uma reação elástica proporcional ao deslocamento atual é incorporada no segundo membro.

Quando especificado para os graus de liberdade 1 a 3, o apoio é tratado como uma mola translacional. Em modelos com graus de liberdade de rotação, a especificação de 4 a 6 permite utilizar molas rotacionais. Verifique a configuração dos graus de liberdade para que não sejam atribuídas molas a graus de liberdade inexistentes no modelo de destino.

Na implementação atual, a rigidez da mola de !SPRING não varia com o tempo através de uma função de amplitude individual. Dentro de um passo, é montada de acordo com o fator do passo. Para ligar ou desligar um apoio elástico, utilize o ID de grupo e !STEP, com a respetiva especificação LOAD, para o controlar em cada passo.

Cargas de Temperatura na Análise Estrutural

Utilize !TEMPERATURE para aplicar cargas decorrentes de deformação térmica na análise estrutural. Quando é especificada uma temperatura para cada nó ou grupo de nós, são montadas forças nodais equivalentes para a análise de tensões térmicas com base na diferença relativamente 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 ficheiro de controlo ou lida de um ficheiro de resultados produzido por uma análise de condução térmica ou outra análise. Quando é especificado READRESULT, as temperaturas nodais nas linhas de dados não são lidas; em vez disso, são lidos os dados de resultados especificados por SSTEP, INTERVAL, READTYPE e parâmetros relacionados. Ao utilizar um ficheiro de resultados, o respetivo tempo guardado ou número de passo deve corresponder à especificação do lado da análise estrutural.

Como !TEMPERATURE não possui o parâmetro AMP, não está sujeito a escala por uma função de amplitude. Para variar o histórico de temperatura, controle os próprios dados de temperatura, os resultados da análise térmica que estão a ser lidos ou a subdivisão dos passos.

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, um intervalo de graus de liberdade e um valor. O intervalo de graus de liberdade é 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 aceleração inicial no início da análise. Quando é fornecida uma velocidade inicial, a aceleração inicial é calculada de modo a ser consistente com a equação do movimento. Quando é fornecida uma aceleração inicial, existe um caminho em que é calculada a velocidade inicial.

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

Restrições Multiponto

Utilize a funcionalidade de restrições multiponto quando for necessário impor uma relação linear entre vários graus de liberdade nodais. A palavra-chave correspondente é !EQUATION, que permite expressar relações como acoplamento rígido, fronteiras periódicas e relações de deslocamento entre nós difíceis de representar com uma restrição fixa num único nó e num único grau de liberdade.

Para orientações sobre a utilização de restrições multiponto, a forma como são tratadas pelo solver linear e a respetiva relação com outras funções de acoplamento de graus de liberdade, como contacto TIED, consulte Restrições Multiponto.

Condições de Fronteira na Análise de Condução Térmica

Na análise de condução térmica, aplicam-se como condições de fronteira temperatura fixa, fluxo de calor, convecção e radiação. Separadamente de !STEP para a análise estrutural, o controlo temporal da análise térmica é especificado com !HEAT.

Palavra-chave Destino 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 a um volume de elemento ou a uma face de 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 fronteira de convecção a uma face de elemento. AMP1, AMP2
!SFILM Grupo de superfícies Aplica uma condição de fronteira de convecção a um grupo de superfícies. AMP1, AMP2
!RADIATE Elemento ou grupo de elementos Aplica uma condição de fronteira de radiação a uma face de elemento. AMP1, AMP2
!SRADIATE Grupo de superfícies Aplica uma condição de fronteira de radiação 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 números de face e faces reais dos elementos depende do tipo de elemento, consulte a referência de cada palavra-chave para obter detalhes.

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

Funções de Amplitude

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

As principais palavras-chave aplicáveis são as seguintes.

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

!TEMPERATURE não está sujeito a funções de amplitude. Além disso, como !SPRING não é montado com variação temporal independente da constante da mola, a comutação dos apoios elásticos é efetuada através do controlo por passos.

Consulte Também