2.6 Ограничения, на соединения элементов различных типов.

При соединении различных видов элементов в одном узле могут возникать ошибки из за несоответствия степеней свободы элементов. Для того, чтобы различные типы элементов правильно сочетались, они должны иметь одинаковое число и тип обобщенных перемещений. Рассмотрим три примера использования несовместных элементов.

• Элементы, имеющие различное число степеней свободы несовместимы, например SHELL63 и BEAM4 имеют три перемещения и три угла поворота в каждом узле. SOLID45 – элемент, имеет три перемещения в узле, но не имеет вращательных степеней свободы. Если элемент SOLID45 соединен вместе SHELL63 и BEAM4, узловые силы, соответствующие перемещениям будут перенесены на объемный элемент, но узловые моменты не будут передаваться на SOLID45.

• Элементы, имеющие одинаковое число степеней свободы могут быть несовместимы, например, BEAM3 (плоская упругая балка) и SHELL41 (мембранная оболочка) имеют по три степени свободы в узле. Однако, оболочечный элемент имеет три перемещения (UX, UY, UZ), в то время как балочный элемент имеет только два (UX, UY). Таким образом, перемещение системы в направлении Z будет отражать только жесткость оболочечного элемента. Далее, оболочечный элемент не имеет угла поворота, а балочный элемент – имеет. Таким образом, изгибающий момент балочного элемента нt будет перенесен на оболочечный элемент.

• Пространственные балочные элементы и пространственный оболочечный элемент имеют в узлах по 6 степеней свободы. Степень свободы ROTZ отсутствует оболочечном элементе (вращение оболочки в плоскости), поэтому программа вводит в данном случае фиктивную жесткость. Дополнительные ограничения существуют даже тогда, когда соседние элементы имеют совпадающие степени свободы. Возможные ошибки могут возникать например, если объемные элементы SOLID72 и SOLID73 являются соседями элементов других типов.

2.7 Использование преимуществ симметрии

Многие объекты имеют различные виды симметрии. Это может быть повторяющаяся симметрия (например, охлаждающие ребра на длинной трубе), отраженная симметрия, или осевая симметрия. Когда объекты симметричны в некотором аспекте (геометрия, нагрузки, свойства материалов, закрепления) можно существенно снизить сложность модели.

2.8 Некоторые рекомендации по осесимметричным системам.

Некоторые системы, имеющие симметрию относительно центральной оси называются осесимметричными. Примером могут служить цилиндр, конус, круглая пластина и т. д. Пространственные системы могут быть представлены в двумерной форме. Результаты, полученные в двумерном осесимметричном анализе более точны, чем результаты соответствующего трехмерного анализа.

В основном, полностью осесимметричная модель должна иметь только осесимметричные нагрузки. В том случае, когда нагрузки не осесимметричны, используется специальный тип элементов – осесимметричные гармонические элементы. Некоторые рекомендации:

• Ось симметрии должна быть совмещена с глобальной координатой Y.

• Отрицательные значения координат узлов по оси X не допустимы.

• Направление оси Y соответствует осевому направлению, направление оси X – радиальному направлению, Ось Z соответствует окружному направлению.

• Для построения осесимметричных моделей используют подходящие модели плоских тел с KEYOPT(3)=1 или осесимметричные оболочки. Могут быть также включены кроме осесимметричных твердотельных элементов и оболочек, различные другие связующие, контактные, комбинированные и поверхностные элементы. (Программа не будет реализовывать эти «другие» элементы без осесимметричных твердых тел или оболочек) Если Руководство по элементам ANSYS не приводит осесимметричное применение какого либо типа элемента, то не следует его использовать для построения модели.

• Для осесимметричных гармонических моделей используются только осесимметричные гармонические элементы. Элементы SHELL51и SHELL61 не могут лежать на глобальной оси Y.

• Для моделей, содержащих двумерные твердотельные элементы, в которых важны эффекты сдвига, обычно принимают два элемента по толщине.