1.2. Описание конструкции

Здесь даётся обзор различных категорий информации, необходимых для создания конечно-элементной модели:

• системы координат

• геометрия модели

• конечные элементы

• нагрузки

• граничные условия

• свойства материалов.

1.2.1. Системы координат

Перед заданием геометрии конструкции необходимо определить систему координат. В MSC/NASTRAN есть встроенная глобальная декартова система координат, называемая системой координат по умолчанию.

В зависимости от конструкции, может быть более удобным задавать геометрию в системах координат других типов. Поэтому в NASTRANe есть возможность определить локальные декартовы, цилиндрические и сферические координатные системы.

Basic

Coordinate System

Local Cylindrical System

1.2.2. Геометрия модели

Значительная часть рабочего времени расчетчика уходит на корректное описание геометрии модели. Необходимые для этого данные могут быть получены из распечаток, из баз данных систем автоматизированного проектирования (CAD) или из чертежей.

Геометрия модели задаётся в MSC/NASTRAN координатами узловых точек. Каждая узловая точка модели имеет 6 возможных компонент перемещений: 3 поступательных (в Х-, Y- и Z- направлениях) и 3 поворота (вокруг Х-, Y- и Z- осей). Эти компоненты перемещений называются степенями свободы (DOF).

1.2.3. Конечные элементы

Заданные узловые точки связываются конечными элементами. В линейном статическом анализе элементы представляются упругими пружинами, и эта математическая аппроксимация соответствует очень малой области реального поведения конструкции. Целью конечно-элементного моделирования является составление из этих дискретных "пружинок" математической модели, наиболее достоверно описывающей реальную конструкцию.

MSC/NASTRAN содержит обширную библиотеку конечных элементов, позволяющих моделировать разнообразное физическое поведение. В данном обзоре приводится описание конечных элементов, наиболее часто используемых в линейном статическом анализе. Эти элементы и их имена показаны на следующем рисунке. Символ С в начале имени элемента означает "connection".

• SPRING ELEMENTS (lhey behave like simple extensional or rotational springs)

CELAS2

• LINE ELEMENTS (they behave like rods, bars, or beams)

GROD,CONROD,GBAR

• SURFACE ELEMENTS (they behave like membranes or thin plates)

• SOLID ELEMENTS (they behave like bricks or thick plates)

• RIGID BAR (infinitely stiff without causing numerical difficulties in the mathematical model)

RBE2

1.2.4. Нагрузки

MSC/NASTRAN даёт возможность моделировать много типов нагрузок из различных инженерных дисциплин: статические нагрузки, переменные по времени, возбудители собственных колебаний, температурные нагрузки, сейсмические и т.д. В данной работе будут рассмотрены:

• сосредоточенные силы и моменты

• нагрузки, распределенные по длине балок

• давление на поверхность

• гравитационная нагрузка

• нагрузки от заданного ускорения

• заданные перемещения (натяги).

1.2.5. Граничные условия

Ответом конструкции на приложенные нагрузки являются реакции в точках закрепления конструкции, где наложены ограничения перемещений по определенным степеням свободы. Примеры простых ограничений показаны ниже:

FIXED

grid point being constrained

(completely constrained)

HINGED (partially constrained)

ELASTIC(partially constrained)

FREE (no constraint)

В большинстве случаев граничные условия моделируются в MSC/NASTRAN заданием для соответствующих степеней свободы нулевых перемещений.