Mga uri ng pagsusuri¶

Nagbibigay ang FrontISTR ng maraming uri ng pagsusuri para sa parehong structural at thermal na pisika, mula sa static equilibrium hanggang sa pag-unlad sa oras, periodic steady state, at pagkuha ng mga likas na katangian ng sistema. Ipinapakita sa pahinang ito ang mga penomenong saklaw, larangan ng paggamit, at paraan ng pagpili sa bawat uri ng pagsusuri. Para sa format sa input file, sumangguni sa keyword reference; para sa matematikal na detalye ng formulation, sumangguni sa theory manual.

Pangkalahatang larawan ng mga kakayahan¶

Nailalarawan ang mga uri ng pagsusuri sa FrontISTR sa pamamagitan ng kombinasyon ng sumusunod na tatlong axis.

• Saklaw na pisika: structure (displacement at stress), thermal (temperature at heat flux), o coupling ng mga ito
• Pagtrato sa galaw: kung isasama ang inertia term at kung susundan ang pag-unlad sa oras. Magkahiwalay na axis ang dalawang ito
  • Walang inertia at hindi sinusundan ang pag-unlad sa oras → static equilibrium
  • Walang inertia ngunit sinusundan ang pag-unlad sa oras → quasi-static (viscoelasticity, creep, atbp.)
  • May inertia at sinusundan ang pag-unlad sa oras → transient dynamic response
  • Tinatrato sa frequency domain bilang periodic steady state → harmonic response
  • Walang external force at kinukuha ang mga katangian ng sistema mismo → natural characteristics
• Linearity: linear (maliit na deformation at linear material) o nonlinear (malaking deformation, nonlinear material, at contact)

Ang mga ipinatupad na kombinasyong ito ang tumutugma sa bawat uri ng pagsusuri sa ibaba. Sa input, tinutukoy ng !SOLUTION ang pangunahing kategorya ng uri ng pagsusuri, at ang !DYNAMIC, !EIGEN, !HEAT, at iba pa ang nagdedetalye sa mga kaugnay na katangian. Para sa mga pagsusuring may pag-unlad sa oras, kinokontrol ng !STEP ang laki ng hakbang at mga increment.

Paano pumili ng uri ng pagsusuri¶

Sa pagpili ng uri ng pagsusuri, magsimula sa paglilinaw ng penomenong hahawakan at ng resultang nais makuha. Kahit iisang bagay ang sinusuri, nag-iiba ang tamang uri ng pagsusuri depende sa nais malaman. Sa pagsasaalang-alang sa mga sumusunod na punto ayon sa pagkakasunod, maaaring matukoy ang uri ng pagsusuring angkop sa layunin.

1. Ano ang nais makuha — displacement at stress, temperature distribution, vibration mode, o frequency response. Ang quantity na nais makuha ang nagtatakda sa pangunahing balangkas ng uri ng pagsusuri
2. Kailangan bang isaalang-alang ang inertia — kung mabilis magbago ang load at naaapektuhan ng acceleration ang response, piliin ang dynamic analysis. Kung mabagal ang pagbabago at maaaring balewalain ang inertia, sapat ang static analysis
3. Kailangan bang sundan ang pag-unlad sa oras — kahit maaaring balewalain ang inertia, kapag humahawak ng time-dependent na material response gaya ng viscoelasticity o creep, nilulutas ito habang sumusulong sa oras sa loob ng balangkas ng static analysis (quasi-static analysis)
4. Tama ba ang palagay na linear — kung maliit ang deformation at linear ang material, sapat ang linear analysis. Kung may malaking deformation, nonlinear material, o contact, piliin ang nonlinear analysis

Ipinapakita sa sumusunod na talahanayan ang mga karaniwang problema at katumbas na uri ng pagsusuri.

Static analysis¶

Nilulutas ng static analysis ang equilibrium equation habang binabalewala ang inertia term. Kasama sa balangkas na ito hindi lamang ang steady equilibrium na walang pag-unlad sa oras, kundi pati ang quasi-static analysis kung saan sunod-sunod na sinusubaybayan ang equilibrium sa bawat oras habang sumusulong sa mga time step kapag humahawak ng time-dependent na material response gaya ng viscoelasticity o creep, o nonlinear behavior na may history. Ang pagkakaiba nito sa dynamic analysis ay ang pagkakaroon ng inertia term, hindi ang pagkakaroon ng pag-unlad sa oras.

Ipinapalagay ng linear static analysis ang maliit na deformation at linear na material, at nilulutas ang equilibrium equation sa isang pagresolba ng linear equation system. Ito ang may pinakamababang computational cost at ginagamit sa stress evaluation at sa mga pagsusuri sa maagang yugto ng design.

Ginagamit ang nonlinear static analysis kapag may malaking deformation (geometric nonlinearity), nonlinear material (elastoplasticity, hyperelasticity, viscoelasticity, creep), o contact. Dahil nonlinear ang equilibrium equation, hinahati ang load sa maraming increment at inilalapat nang paunti-unti, at sa bawat increment ay nagsasagawa ng iterative solution gamit ang Newton-Raphson method. Para sa time-dependent na material gaya ng viscoelasticity at creep, isinasagawa rin ang katulad na increment at iteration habang sunod-sunod na sinusubaybayan ang equilibrium sa bawat oras.

Sa input, tukuyin ang !SOLUTION, TYPE=STATIC, at idagdag ang parameter na NONLINEAR kapag humahawak ng nonlinearity. Tinutukoy sa !STEP ang time step, increment control, at convergence criteria. Para sa detalye ng increment control, tingnan ang Kontrol ng hakbang.

Dynamic analysis¶

Nilulutas ng dynamic analysis ang equation of motion na may inertia term bilang pag-unlad sa oras, at kinukuha ang time-history response laban sa time history ng external force. Saklaw nito ang mga penomenong malaki ang epekto ng acceleration ng system sa response, gaya ng impact load, earthquake response, at propagation ng vibration.

Nahhahati sa dalawang pangunahing paraan ang time integration: implicit at explicit. Ang pagpili sa mga ito ay nakadepende sa time scale ng penomenon, laki ng problema, at stability requirement ng time step. Ang implicit method ay angkop kapag nangingibabaw ang low-frequency component at nais gumamit ng medyo malaking time step; ang explicit method naman ay angkop sa high-frequency phenomena na likas na nangangailangan ng maliit na time step, gaya ng impact at wave propagation.

Implicit method¶

Sa implicit method (Newmark-β method), nilulutas ang system of equations sa bawat time step upang makuha ang displacement, velocity, at acceleration sa susunod na oras. Walang stability restriction sa time step, kaya para sa structural response na nangingibabaw ang low-frequency component (earthquake response, mechanical vibration, atbp.), maaaring gumamit ng malaking time step upang mabawasan ang bilang ng mga step at maging mahusay ang pagkukuwenta. Sa kabilang banda, may gastos sa paglutas ng system of equations sa bawat step, kaya hindi ito angkop sa mga penomenong nangangailangan ng napakaraming step.

Explicit method¶

Sa explicit method (central difference method), direktang kinakalkula ang estado sa susunod na oras gamit lamang ang impormasyon mula sa nakaraang step. Dahil hindi nilulutas ang system of equations, maliit ang cost bawat step, ngunit nililimitahan ang time step ng kondisyon batay sa pinakamaliit na natural period ng system (CFL condition). Kapaki-pakinabang ito sa mga problemang likas na nangangailangan ng maliit na time step, gaya ng impact, wave propagation, at high-speed contact.

Sa input, tukuyin ang !SOLUTION, TYPE=DYNAMIC, at gamitin ang !DYNAMIC upang piliin ang solution method at ibigay ang integration parameters gaya ng para sa Newmark-β method. Gamitin ang !STEP kapag nagpapalit ng boundary-condition group o load group sa maraming step, o kapag tinutukoy ang increment control sa bawat step. Sa implicit method para sa nonlinear dynamic analysis, maaari ring gamitin ang automatic increment at cutback ayon sa convergence status.

Modal analysis¶

Nilulutas ng modal analysis ang generalized eigenvalue problem na binubuo ng mass matrix at stiffness matrix nang walang external force, at kinukuha ang natural frequency at natural mode shape ng system mismo. Isinasagawa ito upang suriin ang vibration characteristics ng structure, tukuyin ang resonance point, at bilang paunang yugto kapag gumagamit ng modal superposition sa frequency response analysis.

Ginagamit ang Lanczos method upang mahusay na makuha ang tinukoy na bilang ng low-order mode. Ginagamit ang lumped mass matrix bilang mass matrix.

Sa input, tukuyin ang !SOLUTION, TYPE=EIGEN, at gamitin ang !EIGEN upang ibigay ang bilang ng mode na kukunin, shift value, at iba pa.

Frequency response analysis¶

Kinukuha ng frequency response analysis ang periodic steady-state response na naaabot ng system sa ilalim ng harmonic (sinusoidal) external force habang binabago ang excitation frequency. Hindi tulad ng dynamic analysis na sumusubaybay sa time history, direkta itong nilulutas sa frequency domain, kaya angkop ito sa pagsusuri ng resonance characteristics at design ng steady-state vibration.

Pangunahing ginagamit sa solution ang modal superposition method, kung saan binubuo ang response sa pamamagitan ng pag-superpose ng natural modes na nakuha muna sa modal analysis. Samakatuwid, bago isagawa ang frequency response analysis, kailangang magsagawa muna ng modal analysis sa parehong system. Linear model lamang ang sinusuportahan; hindi maisasagawa ang analysis kung naka-enable ang geometric nonlinearity o material nonlinearity.

Sa input, tinatrato ito bilang isang anyo ng dynamic analysis: tukuyin ang !SOLUTION, TYPE=DYNAMIC at sa mga subparameter ng !DYNAMIC tukuyin na frequency response analysis ito. Ibinibigay ang excitation condition gamit ang !FLOAD.

Heat conduction analysis¶

Nilulutas ng heat conduction analysis ang heat conduction equation upang makuha ang temperature distribution at heat flux. Ginagamit nito ang parehong finite element mesh gaya ng structural analysis, ngunit iisa lamang ang nodal degree of freedom, ang temperature, at limitado ang material properties sa thermal conductivity, specific heat, at density. Iba rin ang mga uri ng boundary condition sa structural analysis: may prescribed temperature, heat flux, convection, at radiation.

Batay sa katangian sa oras, may steady-state heat conduction na naghahanap ng time-independent equilibrium state at transient heat conduction na sumusubaybay sa pag-unlad ng temperature field sa oras. Ang pagpili ay nakadepende sa kung ang nais malaman ay ang panghuling equilibrium temperature o kung paano nagbabago ang temperature sa paglipas ng oras.

Sa input, tukuyin ang !SOLUTION, TYPE=HEAT, at gamitin ang !HEAT upang tukuyin kung steady-state o transient at ibigay ang time step.

Coupled thermal-stress analysis¶

Ginagamit ng coupled thermal-stress analysis ang temperature distribution na nakuha mula sa heat conduction analysis bilang thermal-strain load sa structural analysis upang makuha ang stress at deformation na dulot ng temperature field. Ang karaniwang operasyon sa FrontISTR ay one-way coupling: hiwalay na isinasagawa ang thermal analysis at structural analysis, at one-way na ipinapasa ang temperature field sa pamamagitan ng result file.

Sa pamamaraan, magsagawa muna ng heat conduction analysis upang makuha ang result file ng temperature distribution. Pagkatapos, sa pagsasagawa ng structural analysis, basahin ang temperature field bilang temperature load gamit ang !TEMPERATURE, READRESULT. Pareho ang mismong balangkas ng structural analysis sa karaniwang static o dynamic analysis, at hindi kailangang tumukoy ng bagong espesyal na uri ng pagsusuri para sa coupling.

Hindi saklaw ng bersyong ito ng dokumentasyon ang two-way coupling kung saan naaapektuhan ng structural deformation ang heat conduction (halimbawa, pagbabago ng thermal boundary condition dahil sa deformation).

Mga kaugnay na item¶

• Element library — mga uri ng element na maaaring gamitin at compatibility sa bawat uri ng pagsusuri
• Material data — mga material model na maaaring gamitin sa bawat uri ng pagsusuri
• Nonlinear iteration at time integration — Newton-Raphson iteration, contact iteration, at time-integration scheme
• Kontrol ng hakbang — time increment, convergence criteria, at load increment control
• Linear elastic static analysis (theory/appendix) — formulation ng linear static analysis
• Tangent stiffness matrix (theory) — tangent stiffness ng nonlinear static analysis
• Newton-Raphson method (theory) — iterative solution method
• Dynamic analysis methods (theory) — formulation ng dynamic analysis
• Modal analysis (theory) — formulation ng eigenvalue problem
• Frequency response analysis (theory) — formulation ng frequency response
• Transient heat conduction analysis (theory) — formulation ng heat conduction analysis