4.2.1.2. Создание и разбиение пластинчатых элементов

Сформулируем некоторые общие рекомендации по созданию и разбиению пластинчатых элементов.

Целесообразно, чтобы подготовленные к разбиению пластины (в частности, составляющие крышу рассматриваемой модели) имели одинаково направленные оси собственных локальных систем координат. Тогда при последующем разбиении пластин на конечные элементы можно будет применять одну операцию сразу к нескольким одинаковым пластинам. Кроме того, одинаковое направление осей

Рис. 4.3. Фрагмент модели, частично заполненный пластинами

локальных систем координат отдельных пластин значительно упростит задание действующих на пластины нормальных распределенных нагрузок (п. 4.3.2).

Для того чтобы локальные системы координат пластин, образующих крышу, имели одинаковую ориентацию, рекомендуется создавать эти пластины однотипно, т. е. так, чтобы начальный узел и направление обхода узлов при создании разных пластин были одинаковыми. Желательно также, чтобы свободные участки пространства крыши заполнялись отдельными пластинами, а не накрывались одной общей пластиной, которую в дальнейшем будет сложно «привязать» к узлам, располагающимся внутри крыши. Пример создания пластин крыши приведен на рис. 4.3. На этом рисунке показано, как свободные пространства стержневой модели конструкции заполняются пластинами.

Чтобы задача оставалась корректной, после заполнения всей поверхности отдельными пластинами их следует разбить на конечные элементы (см. п. 4.1.2.1).

Перед тем как приступить к разбиению, нажатием кнопки «Показать систему координат пластины» на панели «Фильтры вида» включим показ локальной системы координат всех

Рис. 4.4. Локальные системы коордипач отдельных пластин

пластин. Часто при показе пластин не видно обозначений координатных осей. В этом случае можно выключить показ самих пластин с помощью кнопки «Показать пластины» той же панели инструментов «Фильтры вида». Фрагмент модели с включенным показом системы координат пластин, но выключенным показом пластин, приведен на рис. 4.4.

Разбиение удобнее начинать с двух больших центральных пластин. Количество элементов разбиения двух центральных пластин в различных направлениях определяем исходя из следующих соображении. Поскольку пластины будут крепиться к стержням боковыми сторонами, то для того чтобы обеспечить максимально равномерное распределение нагрузки от пластины по длине стержня, в направлении наибольшего размера пластины (координатной оси Y) нужно создать около десяти элементов разбиения. Такого количества элементов вполне достаточно для моделирования сплошного сварного шва, и нет необходимости увеличивать число разбиений, чтобы уменьшить шаг между узлами пластин. Заметного увеличения точности более мелкое разбиение не даст, а вот число конечных элементов, следовательно, и время расчета, увеличатся значительно.

Количество элементов разбиения в направлении оси X выбираем таким образом, чтобы получившиеся в итоге конечные элементы были близки по форме к идеальным - квадрату или равностороннему треугольнику (см. п. 4.1.2). В рассматриваемом случае в направлении X также достаточно взять десять конечных элементов.

Определившись с количеством элементов разбиения пластин, выделяем две центральные пластины и нажатием кнопки «Разбить пластину» на инструментальной панели «Нарисовать» переходим в режим разбиения пластин После этого, щелкнув на одной из выделенных пластин, открываем диалоговое окно «Параметры Разбиения» (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Диалоговое окно «Параметры Разбиения»

В полях этого диалога нужно ввести количество элементов разбиения в направлениях X и Y и выбрать тип элемента - четырехугольная или треугольная пластина. В рассматриваемом случае достаточно разбивать на четырехугольные конечные элементы. Нажатием кнопки «ОК» производим разбиение.

Аналогично, выделив следующую группу одинаковых пластин, производим ее разбиение в соответствующих направлениях на такое число элементов, чтобы узлы на разбиваемой пластине совпадали с узлами соседних пластин;

соотношение размеров вновь создаваемого конечного элемента было бы близким к идеальному.

В результате выполнения операции разбиения все пластины, из которых состоит поверхность крыши, будут разбиты на конечные элементы, соединенные вновь созданными узлами. Появившиеся узлы размещаются на пластинах, а соединение пластин со стержнями по-прежнему осуществляется посредством узлов, находящихся в углах первоначальных (неразбитых) пластин. При приложении нагрузки в этих углах будут возникать концентраторы напряжений. Такая модель соответствует случаю, когда пластины имеют крепление со стержневой конструкцией только в углах.

Если требуется смоделировать сплошную приварку пластины к стержню по всей его длине, необходимо обеспечить выполнение условия совместности деформаций стержней и пластин не только в углах, а также и по длине стержня. Для этого стержни, к которым «привариваются» пластины, нужно разбить на столько же элементов, на сколько в соответствующем направлении была разбита пластина. Можно, конечно, разбить стержни таким образом, чтобы количество получившихся стержневых элементов было бы кратно количеству пластинчатых, но делать это не рекомендуется из-за увеличения общего числа элементов модели конструкции.

В соответствии со сказанным выше, для того чтобы в рассматриваемом случае при приварке центральных пластин к стержням смоделировать сплошной сварной шов, стержни следует разбивать на десять частей каждый (т. к. каждая пластина была разбита именно на десять частей). При таком способе разбиения стержней координаты вновь создаваемых на них узлов будут точно совпадать с координатами узлов на пластинах, так что новые узлы объединятся с уже существующими. При этом автоматически обеспечивается выполнение условие совместности деформаций стержня и пластины по всей длине стержня.

Разбиение на большее число частей хотя и вызовет, с одной стороны, некоторое незначительное повышение точности расчетов, но с другой стороны, увеличит сложность модели, что в свою очередь повлечет за собой значительное возрастание времени расчета.

Прежде чем проводить разбиение группы одинаковых стержней, вначале выделим эти стержни, а затем с помощью кнопок панели «Фильтры вида» отключим показ пластин и узлов (что позволит избежать их выделения). Отключение показа пластин можно осуществить, «отжав» соответствующую кнопку.

«Показать плоские пластины»

«Показать контурные пластины»

«Показать объемные пластины»

Может быть либо нажата одна из этих кнопок (которой соответствует показ определенного вида пластин), либо не нажато ни одной. Последнее как раз и означает, что показ пластин выключен.

Для отключения показа узлов следует выключить кнопку «Показать узлы» на панели инструментов «Фильтры вида».

Итак, процесс создания и разбиения на конечные элементы пластин, моделирующих крышу изображенной на рис. 2.5 конструкции, завершен.