- •Глава 1
- •Основные сведения о методе конечных элементов
- •1.1.1. Стержневой конечный элемент
- •1.1.2. Пластинчатый конечный элемент
- •1.1.3. Объемные (сплошные) конечные элементы
- •1.2. Назначение и возможности модуля арм Structure3d
- •1.3. Оценка максимальной размерности задачи, которая может быть решена с помощью арм Structure3d
- •1.4. Особенности подготовки стержневой модели к расчету
- •Глава 2
- •Редактор создания и редактирования моделей
- •2.2. Предварительные настройки редактора
- •2.3. Создание расчетной модели стержневой конструкции
- •2.3.1. Создание плоской модели
- •2.3.2. Выталкивание плоской рамы в заданном направлении
- •2.3.2.1. Выделение фрагмента модели
- •2.3.2.2. Выталкивание выделенного плоского фрагмента модели
- •2.3.3. Моделирование окружностей и дуг окружностей
- •2.3.3.1. Моделирование окружностей
- •2.3.3.2. Моделирование дуг окружностей
- •2.4. Подготовка стержневой модели конструкции к расчету
- •2.4.1. Задание параметров материала
- •2.4.2. Задание поперечных сечений
- •2.4.2.1. Библиотека поперечных сечений
- •2.4.2.2. Создание нового поперечного сечения
- •2.4.2.3. Добавление нового сечения в библиотеку сечений
- •2.4.2.4. Присвоение стержневым элементам модели поперечных сечений
- •2.4.3. Задание опор
- •2.4.4. Задание действующих на элементы модели внешних нагрузок
- •2.4.4.1. Расчет модели конструкции, находящейся под действием отдельных составляющих внешних нагрузок. Загружения и комбинация загружений
- •2.4.4.2. Задание сосредоточенных нагрузок в узлах модели
- •2.4.4.3. Задание нагрузок на стержневые элементы модели
- •Глава 3
- •3.1. Параметры расчета и запуск модели на расчет
- •3.2. Просмотр результатов статического расчета напряженно-деформированного состояния стержневой модели конструкции
- •3.2.1. Просмотр карты результатов
- •3.2.1.1. Настройка параметров вывода результатов
- •3.2.1.2. Просмотр карты напряжений
- •3.2.1.3. Просмотр максимального и минимального значения параметров
- •3.2.1.4. Построение выносок
- •3.2.2. Изменение диапазона изменения расчетного параметра на карте результатов
- •3.2.3. Просмотр распределения напряжений в поперечном сечении стержня
- •3.2.4. Просмотр деформированной модели конструкции
- •3.2.5. Просмотр карт перемещений, нагрузок, коэффициента запаса и главных напряжений
- •3.2.5.1. Просмотр карты перемещений
- •3.2.5.2. Просмотр карт нагрузок, коэффициента запаса и главных напряжений
- •3.3. Просмотр результатов расчета реакций в опорах
- •3.4. Просмотр результатов расчета силовых факторов
- •3.5. Просмотр количественных результатов расчета по отдельным элементам модели конструкции
- •3.5.1. Просмотр результатов расчета внутренних силовых факторов в узлах стержневых элементов модели
- •3.5.2. Пересчет результатов расчета из глобальной системы координат в локальную и наоборот
- •3.5.3. Просмотр графиков силовых факторов и перемещений по длине стержня
- •3.6. Вывод данных по расходу стержневых элементов
- •3.7. Вывод результатов расчета модели конструкции на печать и в файл формата rtf
- •Глава 4
- •4.1. Общие положения
- •4.1.1. Виды пластинчатых конечных элементов
- •4.1.2. Выбор параметров разбиения пластинчатых элементов
- •4.1.2.1. Предпочтительные формы пластинчатых конечных элементов
- •4.1.2.2. Выбор параметров разбиения пластин на конечные элементы
- •4.2. Режимы разбиения пластин
- •4.2.1. Режим «Четырехугольная Прямоугольная пластина»
- •4.2.1.1. Локальная система координат пластины
- •4.2.1.2. Создание и разбиение пластинчатых элементов
- •4.2.2. Режим «Произвольная пластина с разбиением»
- •4.2.3. Неавтоматизированный («ручной») режим создания и дополнительного разбиения пластин
- •4.3. Задание параметров пластин и их нагружение
- •4.3.1. Задание толщины и свойств материала пластин
- •4.3.2. Приложение к пластинам нормальных распределенных нагрузок
- •4.3.2.1. Приложение к пластинам нормальных равномерно распределенных нагрузок
- •4.3.2.2. Приложение к пластинам нормальных неравномерно распределенных нагрузок
- •4.3.3. Инвертирование системы координат пластины
- •4.4. Визуализация результатов расчета стержнево-пластинчатой модели конструкции
- •4.4.1. Просмотр карт результатов
- •4.4.1.1. Настройка параметров вывода результатов
- •4.4.1.2. Просмотр карты напряжений
- •4.4.1.3. Просмотр карты перемещений
- •4.4.1.4. Просмотр карт нагрузок, коэффициента запаса и главных напряжений
- •4.4.2. Просмотр количественных результатов расчета модели конструкции
1.2. Назначение и возможности модуля арм Structure3d
Модуль АРМ Structure3D предназначен для анализа напряженно-деформированного состояния произвольных трехмерных машиностроительных и строительных конструкций, состоящих из стержневых, пластинчатых, оболочечных и объемных элементов в их произвольной комбинации. Расчет выполняется численным методом — МКЭ.
Использование при построении модели стержневых и пластинчатых элементов накладывает на последние определенные ограничения. Как для стержневых, так и для пластинчатых конечных элементов справедлива гипотеза плоских сечений, в соответствие с которой в этих элементах отсутствует сдвиг:
К стержневому элементу могут быть приложены растягивающие (сжимающие), изгибающие и вызывающие кручение нагрузки, а сдвигающими нагрузками в плоскости оси стержня пренебрегается.
При описании пластинчатых элементов предполагается, что отрезки, перпендикулярные к срединной поверхности пластины, в процессе деформирования пластины остаются перпендикулярными к срединной поверхности и не меняют своего размера. В рамках данного предположения к пластине допустимо прикладывать изгибающие и крутящий моменты, в то время как относительный сдвиг слоев не рассматривается. Такое предположение позволяет считать данную пластину тонкой, и модель, включающая пластинчатые элементы, будет корректно работать только в том случае, если толщина пластинчатого элемента не превышает 1/5 максимального линейного размера этой модели.
Элементы в моделях конструкций соединены узлами. Узел по умолчанию представляет собой жесткое соединение элементов, способное передавать усилия и моменты. Это соединения типа группового резьбового, сварного и т. п. Заметим, что в отдельных (или во всех) узлах модели могут быть созданы шарниры.
АРМ Structure3D позволяет выполнить: расчеты на статическую прочность и устойчивость модели конструкции; деформационный и нелинейный расчеты, учитывающие изменение формы модели под действием нагрузки; расчет собственных резонансных частот (в том числе с учетом действия внешних сил) и характеристик вынужденных колебаний при известном законе внешних вынуждающих сил. Особенности всех видов расчетов будут рассмотрены в соответствующих разделах.
Анализируя результаты вычислений, можно принять решение по изменению и доработке базового варианта модели, затем внести требуемые изменения и произвести расчет заново.
1.3. Оценка максимальной размерности задачи, которая может быть решена с помощью арм Structure3d
Максимальная размерность решаемой задачи определяется, во-первых, возможностями самого конечно-элементного модуля, т. е. размерностью и видом матрицы жесткости проектируемой конструкции, а также способом решения системы уравнений и, следовательно, использования оперативной памяти компьютера, с помощью которого эту задачу предполагается решать.
Для того чтобы сократить использование оперативной памяти компьютера, при построении матрицы жесткости применяются специальные приемы оптимизации, позволяющие уменьшить требования к ресурсам компьютера путем хранения матрицы ансамбля в сжатом виде.
В версии 9.0 модуля АРМ Structure3D предусмотрено два метода решения систем уравнений, которые различаются способом хранения матрицы жесткости и, как следствие, имеют различные ограничения на размерность решаемой задачи (подробнее см. п. 3.1). Метод LDL хранит сжатую матрицу жесткости целиком в оперативной памяти компьютера, в то время как при применении метода Frontal в оперативной памяти компьютера размещается только часть матрицы жесткости, а остальные элементы матрицы хранятся на жестком диске во временных файлах. Максимальная размерность решаемой задачи составляет примерно 300 тысяч степеней свободы при использовании метода LDL и до 1 млн. степеней свободы при методе Frontal.