Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ANSYS Mechanical

.pdf
Скачиваний:
779
Добавлен:
31.08.2019
Размер:
61.81 Mб
Скачать

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 2 (примеры из Verification Manual)

Сопоставление результатов расчёта

 

Таблица 38.1

 

 

Тип КЭ

Источник

 

ANSYS

δ (%)

1-й способ решения (MPC184)

 

 

0,6400

 

Время (с)

0,6410

 

0,156

Перемещение Uy (м)

0,2800

 

0,2807

0,265

Перемещение Ux (м)

0,0750

 

0,0783

4,333

Усилие Fx (Н)

112,7000

 

107,1647

4,912

2-й способ решения (CONTA176)

 

 

0,6400

 

Время (с)

0,6410

 

0,156

Перемещение Uy (м)

0,2800

 

0,2807

0,266

Перемещение Ux (м)

0,0750

 

0,0783

4,340

Усилие Fx (Н)

112,7000

 

107,1860

4,893

ЗАО НИЦ СтаДиО (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), 2009

XXXVIII-7

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Научно-исследовательский центр СтаДиО

Инв.№ 2009-РААСН-01/3

 

 

“Утверждаю”

 

Генеральный директор ЗАО НИЦ СтаДиО

 

 

 

А.М.Белостоцкий

 

 

“___”

___________2009г.

Верификационный отчет

по программному комплексу ANSYS Mechanical

Приложение 2 (том 3)

Задачи, предложенные экспертами, и разработанные авторами отчета

Руководитель работы докт.техн.наук, профессор А.М.Белостоцкий

Ответственные исполнители

С.И. Дубинский А.А. Аул

Исполнители

А.И. Нагибович И.Н. Афанасьева О.А. Козырев А.С. Павлов

Москва, 2009

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

Содержание

Общие положения

Матрицы верификации

Задача 11. Устойчивость консольного стержня при кручении для различных способов реализации крутящего момента (5 вариантов)

Задача 21. Устойчивость консольного стержня при различных способах реализации изгибающего момента (5 вариантов)

Задача 31. Устойчивость плоской формы изгиба шарнирно опертого стержня под воздействием равномерно распределенной моментной нагрузки

Задача 41. Устойчивость плоской шарнирно опертой рамы с жесткими стойками Задача 52. Разрушение образца кирпичной кладки (сравнение с экспериментом) Задача 62. Моделирование плитно-свайного фундамента (на грунтовом основании)

Задача 72. Устойчивость металлического рамного каркаса (задачи на собственные значения и в нелинейной постановке, сравнение с экспериментом)

Задача 82. Пространственная устойчивость клееной деревянной стрельчатой арки (геометрически нелинейная ортотропная модель, сравнение с экспериментом)

Задача 93. Моделирование взаимодействия одиночной сваи висящего типа с однородным основанием

Задача 103. Моделирование сейсмического воздействия на гидротехнический туннель Задача 114. Нелинейная модель железобетона – предельная нагрузка для плиты Задача 124. Нелинейная модель железобетона – балка Скорделиса Задача 134. Нелинейная модель грунта – устойчивость насыпи на слабом основании Задача 144. Нестационарный нелинейный анализ температурных полей –

распределение температурных полей в ж/б колонне при пожаре Задача 154. Методы динамического синтеза подконструкций (суперэлементов).

Расчёт собственных частот и форм колебаний камертона Задача 164. Тест на учет последовательности возведения (монтажа) здания

Задача 174. Тесты на большую вычислительную размерность задач с использованием альтернативных “решателей”

Список использованных источников

Примечания:

1– предложено экспертом проф. Сливкером В.И. (в основном, из книги “Устойчивость равновесия конструкций и родственные проблемы. Том 1”, 2007)

2– предложено экспертом проф. Кашеваровой Г.Г.

3– предложено экспертом проф. Гайджуровым П.П.

4– разработка авторов отчета

ЗАО НИЦ СтаДиО, (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), НОЦ КМ МГСУ (niccm@mgsu.ru), 2009

2

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

Общие положения

1. Содержание Приложения 2 (тома 3) верификационного отчета определено поставленными и решенными исследовательскими задачами, важными для более глубокого обоснования объектов строительства:

1)1–10 – предложены экспертами (после рассмотрения предварительных результатов верификации ANSYS Mechanical на заседании Научного совета РААСН “Программные средства в строительстве и архитектуре”) в ходе взаимодействия с авторами отчета;

2)11–17 – собственные разработки авторов отчета.

2.Основной упор при выборе задач делался на актуальные и сложные проблемы, характерные для строительной отрасли (устойчивость равновесия в “нетрадиционной” постановке, нелинейное поведение материалов, комбинированные системы “основание– фундамент–здание”, последовательность возведения, большая вычислительная размерность и др.), но не нашедшие должного отражения в “родном” ANSYS Verification Manual (соответственно – и в томе 2 отчета).

3. Не все представленные здесь задачи являются в прямом смысле верификационными – в некоторых из них реализованы возможные подходы к моделированию сложных задач и показаны результаты.

ЗАО НИЦ СтаДиО, (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), НОЦ КМ МГСУ (niccm@mgsu.ru), 2009

3

vk.com/club152685050ANSYS/Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3

Матрицы верификации

ANSYS Mechanical

ЗАО НИЦ СтаДиО (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), 2009

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. Верификационный| vk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

ANSYS Mechanical. МАТРИЦА ВЕРИФИКАЦИИ

N

Наименование

Сочетание

Тип

Конечные

Оцениваемые

нагрузок /

проверки

теста

элементы

параметры

 

воздействий

результатов

 

 

 

 

 

Устойчивость

 

 

BEAM188

 

1

консольного стержня

Сосредоточенная

(3)

Критический

для различных

статическая

 

 

крутящий момент

 

способов реализации

нагрузка

 

 

 

 

 

 

 

крутящего момента

 

 

SOLID45

 

 

 

 

 

 

 

 

Устойчивость

 

 

BEAM44

 

 

консольного стержня

Сосредоточенная

 

 

Критический

2

при различных

(3)

BEAM188

статическая

способах реализации

 

изгибающий момент

 

изгибающего

нагрузка

 

 

 

 

 

SOLID45

 

 

 

 

 

 

момента

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Устойчивость

 

 

 

 

 

шарнирно опёртого

 

 

SOLID45

 

 

стержня,

Распределённая

 

 

 

 

 

Критический

3

загруженного

(3)

 

статическая

 

равномерно

 

изгибающий момент

 

нагрузка

 

 

 

 

 

 

распределённым

 

 

 

 

 

 

BEAM188

 

 

изгибающим

 

 

 

 

моментом

 

 

 

 

 

Устойчивость П-

Сосредоточенная

 

BEAM44

 

4

образной рамы с

(3)

SOLID45

Критическая сила

статическая

абсолютно жёсткими

 

BEAM188

 

стойками

нагрузка

 

 

 

 

 

 

 

5

Разрушение образца

Кинематическое

(4)

SOLID65

Вертикальные

 

кирпичной кладки

нагружение

 

 

перемещения

 

Моделирование

Распределённая

 

PLANE42

 

 

плитно-свайного

 

 

 

 

 

PLANE82

Тангенциальные

6

статическая

 

фундамента (на

 

нагрузка

 

PLANE182

напряжения

 

грунтовом

 

 

основании)

(давление)

 

 

 

 

 

PLANE183

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Устойчивость

 

 

PLANE2

 

 

металлического

 

 

PLANE82

 

 

рамного каркаса

 

 

VISCO106

 

 

(задачи на

Начальное

 

PLANE182

Длина цилиндра после

7

собственные

(3), (4)

 

перемещение

 

значения и в

 

соударения

 

(скорость)

 

 

 

нелинейной

 

PLANE183

 

 

 

 

 

 

постановке,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сравнение с

 

 

 

 

 

экспериментом)

 

 

 

 

 

Пространственная

 

 

SHELL43

 

 

устойчивость клееной

 

 

 

 

 

 

 

SHELL63

 

 

деревянной

 

 

 

 

 

 

SHELL93

Вертикальные

 

стрельчатой арки

 

 

8

Собственный вес

(2), (3)

SHELL181

перемещения,

(геометрически

 

продольные и

 

нелинейная

 

 

 

 

 

 

 

кольцевые напряжения

 

ортотропная модель,

 

 

SHELL281

 

 

 

 

 

сравнение с

 

 

 

 

 

экспериментом)

 

 

 

 

 

Моделирование

 

 

PLANE35

 

 

взаимодействии

 

 

 

 

 

Температура,

 

PLANE55

 

 

одиночной сваи

 

 

 

9

 

PLANE77

 

висящего типа с

конвективный

NAFEMS

Температура

 

 

однородным

теплообмен

 

 

 

 

основанием

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАО НИЦ СтаДиО (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), 2009

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

” задачи)

 

 

ANSYS Mechanical. Верификационный отчет. Том 3 (“исследовательские

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

Наименование

Сочетание

Тип

Конечные

Оцениваемые

 

нагрузок /

проверки

 

теста

элементы

параметры

 

 

воздействий

результатов

 

 

 

 

 

 

 

Моделирование

Равномерно

 

 

Максимальное

 

 

сейсмического

 

 

 

10

распределённая

(1), (3)

BEAM3

нормальное

 

воздействия на

 

статическая

напряжение и

 

 

гидротехнический

 

 

 

 

нагрузка

 

 

перемещение

 

 

туннель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нелинейная модель

Сосредоточенная

 

SOLID65

Перемещения, схемы

 

11

железобетона –

(4)

 

статическая

 

предельная нагрузка

 

трещинообразования

 

 

для плиты

нагрузка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

Нелинейная модель

Сосредоточенная

(4)

SOLID65

Перемещения, схемы

 

железобетона – балка

статическая

 

трещинообразования

 

 

Скорделиса

нагрузка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нелинейная модель

 

 

PLANE42

Перемещения, зоны

 

13

грунта –

Собственный вес

(4)

 

 

TARGE169

 

устойчивость насыпи

пластичности

 

 

на слабом основании

 

 

 

 

 

 

 

 

CONTAC171

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нестационарный

 

 

 

 

 

 

нелинейный анализ

Случайная

 

SOLID90

 

 

 

температурных полей

 

 

 

 

динамическая

 

 

 

14

(4)

 

Температура

 

равномерно

 

 

распределение

 

 

 

распределённая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

температурных полей

 

SURF152

 

 

 

в ж/б колонне при

нагрузка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пожаре

 

 

 

 

 

 

Методы

 

 

 

 

 

 

динамического

 

 

 

 

 

 

синтеза

Сосредоточенная

 

 

Нормальную силу и

 

15

подконструкций

 

CONTAC12

 

статическая

(1), (3)

касательную силу

 

(суперэлементов).

 

 

нагрузка

 

 

трения

 

 

Расчёт собственных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

частот и форм

 

 

 

 

 

 

колебаний камертона

 

 

 

 

 

 

Тест на учет

Сосредоточенная

 

SHELL43

Горизонтальная и

 

16

последовательности

(5)

 

возведения (монтажа)

статическая

BEAM44

вертикальная реакция

 

 

здания

нагрузка

 

 

опоры, усилие в ванте

 

 

 

 

 

 

 

 

Тесты на большую

 

 

SHELL43

 

 

 

вычислительную

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

размерность задач с

 

(1), (3)

 

 

 

 

BEAM44

 

 

 

использованием

 

 

 

 

 

альтернативных

 

 

 

 

 

 

 

 

SOLID45

 

 

 

“решателей”

 

 

 

 

Примечание:

(1)– сравнение с аналитическим решением;

(2)– сравнение с альтернативными ПС;

(3)– данные из литературных источников;

(4)– эксперимент;

(5)– в примере анализируется сходимость решения в зависимости от качества сетки.

ЗАО НИЦ СтаДиО (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), 2009

5

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

ANSYS Mechanical. Типы верифицированных конечных элементов (номера примеров)

BEAM44 (3D 2-узловой балочный элемент) 2, 4

BEAM188 (3D 2-узловой балочный элемент) 1, 2, 3, 4

MATRIX50 (суперэлемент или подконструкция) 15

PLANE42 (2-D 4-узловой элемент) 13, 15

SOLID45 (3-D 8-узловой элемент) 1, 2, 3, 4

SOLID65 (3-D 8-узловой элемент) 5, 11, 12

SOLID90 (3-D 20-узловой температурный объемный элемент) 14

CONTA171 (2D контактные элементы типа поверхность с поверхностью с двумя узлами) 13

TARGE169 (2-D ответные элементы) 13

SURF152 (2-D элемент температурных поверхностных эффектов) 14

ANSYS Mechanical. Типы верифицированных конечных элементов (номера примеров)

Типы верифицированных КЭ

Номера примеров

BEAM44

2, 4

BEAM188

1, 2, 3, 4

MATRIX50

15

PLANE42

13, 15

SOLID45

1, 2, 3, 4

SOLID65

5, 11, 12

SOLID90

14

CONTA171

13

TARGE169

13

SURF152

14

ЗАО НИЦ СтаДиО (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), 2009

6

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ANSYS Mechanical. Верификационный отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

ANSYS Mechanical. Матрица верификации (тип КЭ / вид расчёта / номер примера). Том 3

 

 

PLANE42

 

SHELL43

 

BEAM44

 

SOLID45

 

MATRIX50

 

SHELL63

 

SOLID65

SOLID90

SURF152

 

TARGE169

 

CONTA171

BEAM188

 

BEAM189

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Линейная статика

 

 

 

 

 

 

 

16,17

 

 

17

 

 

 

 

 

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Собственные частоты и формы

 

15

 

 

 

 

 

17

 

 

17

 

 

15

 

 

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

колебания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Линейная устойчивость

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

1, 2, 3, 4

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1, 2, 3, 4

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Прямой динамический

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(неустановившиеся колебания) анализ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физическая нелинейность (металл,

 

6, 13, 9

 

 

 

 

 

9

 

 

6, 9

 

 

 

 

 

9

 

 

5, 11,

 

 

 

 

13

 

 

13

 

 

 

7

 

железобетон, резина)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Геометрическая нелинейность (включая

 

13, 9

 

 

16

 

 

9, 16

 

 

9

 

 

 

 

 

9

 

 

5, 11,

 

 

 

 

13

 

 

13

 

 

 

7

 

устойчивость)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контактные задачи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нестационарный нелинейный анализ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАО НИЦ СтаДиО (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), 2009

7

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ANSYS Mechanical. Верификационный отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)кации

ANSYS Mechanical. Матрица верификации (“решатели” / вид расчёта / номер примера). Том 3

 

 

 

 

 

 

 

Проблема

 

Нелинейные

 

Интегрирование

 

Интегрирование

 

 

Контактные

 

 

СЛАУ

 

 

собственных

 

 

уравнений

 

нестационарных

 

 

 

 

 

 

 

задачи

 

 

 

 

взаимодействия

 

 

 

 

 

 

 

значенй

 

 

динамики

 

уравнений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вид расчёта

 

разреженныйПрямой (SPARSE)

 

Итерационный(PCG)

 

методБлочныйЛанцоша

ЛанцошPCG

 

НьютонаРафсонаМетод-

 

НьюмаркаМетод

 

трапеций«Метод» (Hughes)

Суперэлементы

 

множителейМетод расширенныйЛагранжа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Линейная статика

 

8, 17

 

 

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Собственные частоты и формы колебания

 

 

 

 

 

 

15, 17

 

17

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Линейная устойчивость

 

 

 

 

 

 

1, 2, 3, 4,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7, 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Прямой динамический (неустановившиеся

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

колебания) анализ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физическая нелинейность (металл,

5 6, 7,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11, 12,

 

 

 

 

 

 

 

 

5, 9, 11, 12, 13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

железобетон, резина)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Геометрическая нелинейность (включая

 

5, 7, 11,

 

 

 

 

 

 

 

 

5, 7, 9, 11, 12, 13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12, 13,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

устойчивость)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контактные задачи

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нестационарный нелинейный анализ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАО НИЦ СтаДиО (www.stadyo.ru stadyo@stadyo.ru), 2009

8