4.3. Трёхмерные элементы
Трехмерные MSC/NATSRAN используются для моделирования толстых пластин и объёмных тел. Основными объемными элементами являются 6-гранный СНЕХА, 5-гранный CPENTA и 4-гранный CTETRA. В узлах объемных элементов имеют жесткости поступательные степени свободы, вращательные степени свободы узловых точек к объемным элементам "не присоединены".
4.3.1. Снеха, cpentAи ctetra
В большинстве случаев рекомендуется использование элемента СНЕХА. Точность этого элемента падает с увеличением степени его скошенности и при преобладании деформаций изгибного типа. Во всех других случаях элемент СНЕХА имеет лучшие характеристики по сравнению с прочими объемными элементами.
В зависимости от того, имеются или нет промежуточные узлы на ребрах или нет, СНЕХА объединяет от 8 до 20 узловых точек. Напряжения в элементе (x, y, z, xy, yz, xz) вычисляются в его центре и могут быть экстраполированы на угловые узловые точки. Топология элемента показана на рис. 4-29.
Figure 4-29. CHEXA Element Connection.
Формат карты следующий
|
CHEXA |
EID |
PID |
G1 |
G2 |
G3 |
G4 |
G5 |
G6 |
|
|
|
G7 |
G8 |
G9 |
G10 |
G11 |
G12 |
G13 |
G14 |
|
|
|
G15 |
G16 |
G17 |
G18 |
G19 |
G20 |
|
|
|
Где
EID - идентификационный номер элемента
PID - идентификационный номер карты свойств (PSOLID)
Gi - номера узловых точек (целые > 0, либо не указываются)
Точки с Gl по G4 должны быть указаны последовательно на одной грани, точки с G5 по G8 должны быть указаны на противоположной грани, причем G5 напротив Gl, G6 напротив G7 и т.д. Промежуточные узлы на ребрах могут не указываться. Любой из них либо все могут быть ликвидированы. Если ID какого либо из промежуточных узлов не задан, либо задан как 0, соотношения для элемента модифицируются для новой топологии. Вывод компонентов напряженного состояния производится в системе координат материала, указываемой в карте PSOLID. Вторая карта продолжения не обязательна.
Система координат элемента показана на рис 4-30.
Figure 4-30. CHEXA Element Coordinate System.
Система координат дается в терминах векторов R, S и Т, соединяющих центры противоположных граней.
Вектор R соединяет грани G4-G1-G5-G8 и G3-G2-G6-G7,
Вектор S соединяет грани G1-G2-G6-G5 и G4-G3-G7-G8,
Вектор Т соединяет грани G1-G2-G3-G4 и G5-G6-G7-G8.
Начало системы координат находится на пересечении этих векторов. Оси X, Y и Z выбираются как можно ближе к векторам R, S и Т и одинаково с ними направлены.
Элемент CPENTA обычно используется в зонах перехода от объемных элементов к элементам оболочечным. Если трехугольные грани элемента не находятся на поверхности оболочки, то это может привести к завышению жесткости в модели.
Элемент CPENTA имеет от 6 до 15 узловых точек. Напряжения в элементе (x, y, z, xy, yz, xz) вычисляются в его центре и могут быть экстраполированы на угловые узловые точки.
|
CPENTA |
EID |
PID |
G1 |
G2 |
G3 |
G4 |
G5 |
G6 |
|
|
|
G7 |
G8 |
G9 |
G10 |
G11 |
G12 |
G13 |
G14 |
|
|
|
G15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Где
EID - идентификационный номер элемента
PID - идентификационный номер карты свойств (PSOLID)
Gi - номера узловых точек (целые > 0, либо не указываются)
Точки с Gl по G3 определяют трехугольную грань. Узлы Gl, G10, G4 находятся на одном ребре и т.д. Вывод компонентов напряженного состояния производится в системе координат материала, указываемой в карте PSOLID.
Начало координатной системы располагается на середине прямой, соединяющей точки Gl и G4. Ось Z направлена на грань G4-G5-G6 и ориентируется примерно между линией, соединяющей середины треугольных граней и линией, перпендикулярной к срединной поверхности. Срединная поверхность включает в себя точки середин прямых линий между треугольными гранями. Оси Х и Y перпендикулярны Z и указывают в направление (не обязательно пересекая) ребер G2-G5 и G3-G6 соответственно.
Элемент CTETRA - это элемент линейной аппроксимации деформаций, часто используется для заполнения сложных областей -промежутков, возникающих в моделях при моделировании элементами СНЕХА и CPENTA. Элемент CTETRA не рекомендуется для моделирования значительных областей конструкции.
CTETRA имеет от 4 до 10 узловых точек, в зависимости от наличия промежуточных точек на ребрах. Напряжения в элементе (x, y, z, xy, yz, xz) вычисляются в его центре и могут быть экстраполированы на угловые узловые точки.
Формат карты CTETRA следующий
|
CTETRA |
EID |
PID |
G1 |
G2 |
G3 |
G4 |
G5 |
G6 |
|
|
|
G7 |
G8 |
G9 |
G10 |
|
|
|
|
|
Где
EID - идентификационный номер элемента
PID - идентификационный номер карты свойств (PSOLID)
Gi - номера узловых точек (целые > 0, либо не указываются)
Точки с G1 по G3 определяют трехугольную грань. Если ID узла не указано либо равно 0, соотношения для элемента модифицируются с учетом усеченной топологии. Угловые узлы не могут устраняться. Компоненты напряжений выводятся в материальной системе координат, указанной в PSOLID.
Система координат элемента определяется по трем векторам R, S, Т, соединяющим середины противоположных ребер.
Вектор R соединяет ребра G1-G2 G3-G4
Вектор S соединяет ребра G1-G3 G2-G4
Вектор Т соединяет ребра G1-G4 G2-G3.
Начало системы координат находится в G1, оси системы близки как это возможно и ориентированы также, как вектора R, S, Т.
Карты свойств объемных элементов называются PSOLID и имеют следующий формат
|
PSOLID |
PID |
MID |
CORDM |
IN |
STRESS |
ISOP |
FCTN |
|
|
Где
PID - идентификационный номер свойства
MID - идентификационный номер материала, определяемый в картах MAT1, МАТ4, МАТ5, МАТ9, или МАТ10
CORDM - идентификационный номер системы координат материала (целое, по умолчанию = -1)
IN - сетка интегрирования (целое, символ, или не определяется)
STRESS - выбор места вывода напряжений (целое, символ, или не определяется)
ISOP - схема интегрирования (целое, символ, или не определяется)
FCNT - флаг элемента - жидкости (символы : "PFLUID" означает элемент жидкости, "SMESH" означает конструктивный элемент; по умолчанию- "SMESH").
Система координат материала может быть базовой (0), любой из определенных (целое > 0), или системой координат элемента (-1 или поле не задано). Поля IN и ISOP начинающему пользователю рекомендуется не задавать, то есть использовать значения по умолчанию.
4.3.2. CTRIAX6
Элемент CTRIAX6 является объемным элементом тела вращения. Необходимо задавать 3 угловые точки, 3 точки на сторонах задавать не обязательно. Единственная область применимости элемента -расчет осесимметричных конструкций с осесимметричным нагружением. Не следует путать использование данного элемента с процедурами циклической симметрии, также реализованных в MSC/NASTRAN, где возможно как осесимметричное, так и неосесимметричное нагружение.