Gå till innehållet

Randvillkor och laster

I FrontISTR definieras randvillkor och laster för struktur-, värmelednings- och dynamikanalyser med nyckelord. I statisk strukturanalys grupperas de definierade randvillkoren och lasterna efter grupp-ID och aktiveras för varje steg via !STEP med dess BOUNDARY- eller LOAD-rad. Även i dynamikanalys kan !BOUNDARY, !CLOAD, !VELOCITY, !ACCELERATION och, för den implicita metoden, !SPRING aktiveras gruppvis från !STEP. Villkor som varierar med tiden skalas med !AMPLITUDE, och linjära relationer mellan flera frihetsgrader definieras med !EQUATION.

Funktionsöversikt

Randvillkor och laster kan klassificeras efter analystyp enligt följande.

Analystyp Huvudsakliga nyckelord Syfte
Strukturanalys !BOUNDARY Applicerar fasta begränsningar, föreskrivna förskjutningar och föreskriven rotation kring ett rotationscentrum.
Strukturanalys !CLOAD Applicerar koncentrerade nodkrafter, moment på rotationsfrihetsgrader och vridmoment kring ett rotationscentrum.
Strukturanalys !DLOAD Applicerar yttryck, ytlaster, volymkrafter, tyngdkraft och centrifugalkraft.
Strukturanalys !SPRING Applicerar fjäderstöd på nodala frihetsgrader.
Strukturanalys !TEMPERATURE Anger direkt nodtemperaturer som används i termisk spänningsanalys eller läser dem från en resultatfil.
Dynamikanalys !VELOCITY, !ACCELERATION Applicerar initialhastighet eller initialacceleration, eller tidsvarierande föreskriven hastighet eller acceleration.
Värmeledningsanalys !FIXTEMP, !CFLUX, !DFLUX, !SFLUX, !FILM, !SFILM, !RADIATE, !SRADIATE Applicerar fixerad temperatur, värmeflöde, konvektion och strålning.
Gemensamt !AMPLITUDE Anger tidsvarierande skalfaktorer för randvillkor och laster i tabellform.
Nätdefinition !EQUATION Definierar ekvationer för flerpunktsvillkor.

I strukturanalys behandlas frihetsgradsnumren 1, 2 och 3 normalt som translationsfrihetsgrader och 4, 5 och 6 som rotationsfrihetsgrader. Rotationsfrihetsgrader är meningsfulla i modeller med sex frihetsgrader, såsom skal- och balkelement. För modeller som endast innehåller två- eller tredimensionella solidelement ska begränsningar och laster endast anges inom det intervall av frihetsgrader som målnoderna har.

Förskjutningsbegränsningar i strukturanalys

Förskjutningsbegränsningar anges med !BOUNDARY. Ett intervall av frihetsgrader och ett värde anges för en nod eller nodgrupp. Värdet 0 definierar en fast begränsning, medan ett värde som inte är noll definierar en föreskriven förskjutning eller rotation.

I strukturanalys accepterar !BOUNDARY ett frihetsgradsintervall från 1 till 6. 1 till 3 motsvarar translationsförskjutning, medan 4 till 6 motsvarar rotationsbegränsningar vid noder som har rotationsfrihetsgrader. Eftersom ett intervall av frihetsgrader kan anges samtidigt kan exempelvis translation begränsas genom att 1 till 3 fixeras samtidigt.

När parametern AMP anges varierar det föreskrivna värdet med tiden enligt en amplitudfunktion. Med den normala specifikationen appliceras den föreskrivna förskjutningen inkrementellt enligt lastfaktorn inom steget eller förändringen i amplitudfunktionen. När TOTAL=YES anges behandlas det angivna värdet som den totala målförskjutningen.

När ROT_CENTER anges kan en rotationsbegränsning appliceras relativt en central nodgrupp. Med denna specifikation beräknas translationsförskjutningarna för målnodgruppen från rotationsmängden och påförs som begränsningar. Kombinationen av ROT_CENTER och TOTAL=YES stöds inte, så rotationsbegränsningar kring ett rotationscentrum används som inkrementella specifikationer.

Koncentrerade laster i strukturanalys

Koncentrerade nodlaster anges med !CLOAD. När en nod eller nodgrupp, ett frihetsgradsnummer och ett lastvärde anges införlivas lasten i högerledet för den frihetsgraden.

Värden som anges för translationsfrihetsgraderna 1 till 3 behandlas som nodkrafter i koordinatriktningarna. I modeller med rotationsfrihetsgrader kan värden som anges för 4 till 6 applicera moment på rotationsfrihetsgraderna. När parametern AMP anges multipliceras den koncentrerade lasten med amplitudfunktionens värde.

När ROT_CENTER anges appliceras lasten som ett vridmoment kring den centrala nodgruppen. I detta fall fördelas den angivna vridmomentsvektorn till nodkrafter baserat på positionsvektorerna från centrum till målnoderna. Eftersom vridmomentet inte kan fördelas när centrum och en målnod ligger på samma position måste det geometriska förhållandet mellan rotationscentrumet och lastpunkterna kontrolleras.

Försiktighet krävs när !CLOAD anges för en nodgrupp i en modell som även använder !MESH med REFINE (nätförfining, Refiner). Förfiningen skapar nya mittsidesnoder på kanter som ingår i den ursprungliga nodgruppen, och dessa mittsidesnoder läggs också till i samma nodgrupp. Eftersom !CLOAD tilldelar samma koncentrerade lastvärde till varje nod i nodgruppen appliceras samma koncentrerade last även på de tillagda mittsidesnoderna, vilket ger en total last som skiljer sig från den avsedda före förfiningen. När koncentrerade laster anges per nodgrupp ska ökningen av antalet lastpunkter till följd av förfiningen beaktas, eller helst ska enskilda noder anges direkt.

Utbredda laster och volymkrafter i strukturanalys

Utbredda laster och volymkrafter anges med !DLOAD. !DLOAD anger en lasttyp och parametrar för en elementgrupp eller ytgrupp. Tidsvariation anges med parametern AMP.

De huvudsakliga lasttyperna är följande.

Lasttyp Beskrivning
P0, PP, P1–P6 Applicerar tryck som verkar på en elementyta. Sambandet mellan ytnummer och elementytor beror på elementtypen.
PX, PY, PZ Anger tryck med en explicit koordinatriktning. Det konverteras till en riktningsvektor vid indatabehandlingen.
S... Applicerar en ytlast på en ytgrupp. Ytnumret hämtas från ytgruppsdefinitionen.
BX, BY, BZ Applicerar en volymkraft i en koordinatriktning.
GRAV Anger gravitationsaccelerationsvektorn. Den kombineras med materialdensiteten och införlivas som en volymkraft.
CENT Applicerar centrifugalkraft baserat på en rotationsaxel och vinkelhastighet.

När FOLLOW=YES anges följer yttrycket den deformerade ytans orientering. Denna specifikation är meningsfull i strukturanalys som tar hänsyn till ändlig deformation. I analyser där ickelinjär geometri är inaktiverad inaktiveras följtrycket av implementationen.

Liksom för P1 till P6 och S1 till S6 på värmeanalyssidan varierar ytnumrens betydelse med elementtypen. Se nyckelordsreferensen för den specifika motsvarigheten mellan ytnummer och ordningen på datafälten.

Fjäderstöd i strukturanalys

Fjäderstöd anges med !SPRING. När en nod eller nodgrupp, ett frihetsgradsnummer och en fjäderkonstant anges läggs fjäderstyvheten till den diagonala styvheten för den aktuella frihetsgraden, och en fjäderreaktion proportionell mot den aktuella förskjutningen införlivas i högerledet.

När stödet anges för frihetsgraderna 1 till 3 behandlas det som en translationsfjäder. I modeller med rotationsfrihetsgrader kan rotationsfjädrar användas genom att 4 till 6 anges. Kontrollera frihetsgradskonfigurationen så att fjädrar inte tilldelas frihetsgrader som saknas i målmodellen.

I den aktuella implementationen varierar fjäderstyvheten för !SPRING inte över tid med en individuell amplitudfunktion. Inom ett steg monteras den enligt stegfaktorn. För att slå på eller av ett fjäderstöd används grupp-ID och !STEP med dess LOAD-specifikation för att styra det för varje steg.

Temperaturlaster i strukturanalys

Använd !TEMPERATURE för att applicera laster på grund av termisk töjning i strukturanalys. När en temperatur anges för varje nod eller nodgrupp monteras ekvivalenta nodkrafter för termisk spänningsanalys baserat på skillnaden från referenstemperaturen eller den föregående temperaturen. Den termiska expansionskoefficienten anges i materialdefinitionen. Referenstemperaturen anges med !REFTEMP.

Temperaturen kan antingen anges direkt i styrfilen eller läsas från en resultatfil som producerats av en värmeledningsanalys eller annan analys. När READRESULT anges läses nodtemperaturerna på dataraderna inte; i stället läses resultatdata som anges av SSTEP, INTERVAL, READTYPE och relaterade parametrar. När en resultatfil används måste dess sparade tid eller stegnummer motsvara specifikationen på strukturanalyssidan.

Eftersom !TEMPERATURE inte har någon AMP-parameter skalas det inte av en amplitudfunktion. För att variera temperaturhistoriken ska själva temperaturdata, de värmeanalysresultat som läses in eller stegindelningen styras.

Initialvillkor och föreskrivna värden i dynamikanalys (hastighet och acceleration)

I dynamikanalys kan !VELOCITY och !ACCELERATION ange initialvillkor eller föreskrivna värden för hastighet eller acceleration. Båda anger en nod eller nodgrupp, ett frihetsgradsintervall och ett värde. Frihetsgradsintervallet är 1 till 6; i modeller med rotationsfrihetsgrader motsvarar 4 till 6 vinkelhastighet eller vinkelacceleration.

TYPE=INITIAL anger initialhastigheten eller initialaccelerationen vid analysens början. När en initialhastighet anges beräknas initialaccelerationen så att den är konsistent med rörelseekvationen. När en initialacceleration anges finns en beräkningsväg där initialhastigheten beräknas.

TYPE=TRANSIT anger en tidsvarierande föreskriven hastighet eller acceleration. Om TYPE utelämnas behandlas det som TRANSIT. När AMP anges interpoleras amplitudfunktionen vid dynamikanalysens tid och multipliceras med det föreskrivna värdet.

Flerpunktsvillkor

Använd funktionen för flerpunktsvillkor när en linjär relation måste påtvingas mellan flera nodala frihetsgrader. Motsvarande nyckelord är !EQUATION, vilket kan uttrycka relationer såsom styv koppling, periodiska randvillkor och förskjutningsrelationer mellan noder som är svåra att representera med en fast begränsning på en enda nod och en enda frihetsgrad.

För vägledning om användning av flerpunktsvillkor, hur de hanteras av den linjära lösaren och deras förhållande till andra funktioner för koppling av frihetsgrader, såsom kontakt TIED, se Flerpunktsvillkor.

Randvillkor i värmeledningsanalys

I värmeledningsanalys appliceras fixerad temperatur, värmeflöde, konvektion och strålning som randvillkor. Separat från !STEP för strukturanalys anges tidsstyrningen för värmeanalys med !HEAT.

Nyckelord Mål Beskrivning Amplitudspecifikation
!FIXTEMP Nod eller nodgrupp Fixerar temperaturen. AMP
!CFLUX Nod eller nodgrupp Applicerar koncentrerat nodalt värmeflöde. AMP
!DFLUX Element eller elementgrupp Applicerar utbrett värmeflöde på en elementvolym eller elementyta. AMP
!SFLUX Ytgrupp Applicerar värmeflöde på en ytgrupp. AMP
!FILM Element eller elementgrupp Applicerar ett konvektionsrandvillkor på en elementyta. AMP1, AMP2
!SFILM Ytgrupp Applicerar ett konvektionsrandvillkor på en ytgrupp. AMP1, AMP2
!RADIATE Element eller elementgrupp Applicerar ett strålningsrandvillkor på en elementyta. AMP1, AMP2
!SRADIATE Ytgrupp Applicerar ett strålningsrandvillkor på en ytgrupp. AMP1, AMP2

För !DFLUX representerar BF volymetrisk värmegenerering, medan S0 till S6 representerar värmeflöde på elementytor. För !FILM anges elementytor med F0 till F6; för !RADIATE med R0 till R6. Eftersom motsvarigheten mellan ytnummer och faktiska elementytor beror på elementtypen, se referensen för respektive nyckelord för detaljer.

Ett konvektionsrandvillkor anger en konvektionskoefficient och extern temperatur. Ett strålningsrandvillkor anger en emissivitetsekvivalent koefficient och omgivningstemperatur. AMP1 motsvarar koefficientsidan och AMP2 den externa temperaturen eller omgivningstemperaturen, vilket möjliggör oberoende tidsvariation för vardera.

Amplitudfunktioner

En amplitudfunktion definierar tidsvariationen hos ett randvillkor eller en last med hjälp av en tabell över tider och värden. I indata definieras en namngiven tidstabell med !AMPLITUDE och refereras av parametern AMP, AMP1 eller AMP2 för målnyckelordet.

De huvudsakliga tillämpliga nyckelorden är följande.

!AMPLITUDE läses i tabellform (DEFINITION=TABULAR), och tidstypen behandlas som stegtid (TIME=STEP). Värden kan definieras som relativa eller absoluta, men för enskilda nyckelord används de normalt som faktorer som multiplicerar ett basvärde.

!TEMPERATURE påverkas inte av amplitudfunktioner. Eftersom !SPRING inte heller monteras med oberoende tidsvariation av fjäderkonstanten sker till- och frånkoppling av fjäderstöd genom stegstyrning.

Se även

AI-assisted translation May contain errors Official docs Status