ANSYS Mechanical

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (задачи экспертов и авторов отчета)

Без учёта поэтапности возведения

С учётом поэтапности возведения (12-й этап)

Рис. 16.3. Вертикальные перемещения конструкции Uz , м

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (задачи экспертов и авторов отчета)

Без учёта поэтапности возведения (растяжение на верхних этажах)

С учётом поэтапности возведения (12-й этап)

Рис. 16.4. Продольные усилия в колоннах N, т

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (задачи экспертов и авторов отчета)

Рис. 16.5. Вертикальные перемещения конструкции Uz , мм (ПК SCAD)

Рис. 16.6. Продольные усилия в колоннах N, т (ПК SCAD)

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

Задача 17. Тесты на большую вычислительную размерность задач с использованием альтернативных «решателей»

Постановка задачи

Рассматривается характерная для строительства задача расчета статического НДС и собственных частот/форм здания на грунтовом основании. Примером подобного служит гаражное строение.

Сопоставляются результаты и «машинное» время расчетов для:

–сеток КЭ различной подробности,

–альтернативных методов (схем) решения СЛАУ и алгебраической проблемы собственных значений;

КЭ-модели м методика расчета

Расчеты выполняются на моделях различной размерности (~120 000, ~300 000, ~600 000, ~1 100 000, ~1 700 000 и ~4 250 000 узлов) с различными типами КЭ при нагружении собственным весом (массой), а плит – дополнительно постоянной вертикальной нагрузкой 0.5 тс/м2.

Перекрытия, покрытие, фундаментная плита и стены моделируются оболочечными КЭ, колонны – стержнями. В основании колонн предусмотрены площадки с повышенным модулем упругости.

Грунтовое основание моделируется в двух вариантах – объемными элементами и заданием коэффициента постели. Рассмотрен также вариант с контактом грунтфундамент.

Для восприятия нагрузок предусмотрены оболочечные элементы на ограждающих поверхностях.

Модели генерируются с использованием макроса T_DOM, реализующего язык пользовательского программирования APDL.

После запуска следует указать операцию (0 соответствует формированию модели, 1

– статическому расчету, 2 – «модальному» расчету).

Для генерации модели пользователю следует заполнить два приведенных на рис.1 меню (указаны значения по умолчанию). Размерность величин м и тс/м2 (1 тс/м2= 10 кПа). Для железобетона, в частности, по умолчанию принимается 2 106 (перекрытия), 3 106 (колонны), 1 106 (стены).

Ниже рассмотрено 5-этажное сооружение (высота этажа 3 м, толщина плит 20 см). По оси X – восемь пролетов, по оси Y – пять пролетов. Шаг колонн 5 м. Толщина фундаментной плиты 70см.

Впоследней строке меню 1 указывается максимальный размер балочных и оболочечных элементов. При указании в меню 2 ненулевого значения параметра для числа элементов в грунте по направлению (последняя строка), создается модель из объемных элементов, в противном случае грунт моделируется коэффициентом постели для элементов фундаментной плиты (см. меню 1).

Втаблицах 1 и 2 приведены основные результаты расчетов. Время счета указано для типового ПК в НОЦ КМ.

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

Для большей "чистоты эксперимента" расчеты выполнялись с использованием двух процессоров. Параметры заказа памяти под решение приняты по умолчанию, оптимизации не проводилось. Тестирование кластеров с использованием модуля HPC, реализующего многопроцессорные версии решателей, планируются выполнить позже.

На первом этапе для базового варианта (117 тысяч узлов) сравнивались результаты для прямого решателя (SPARSE, для разреженных матриц с символьной индексацией) и для итерационного при различных требованиях к точности (PCG, метод сопряженных градиентов с предобуславливанием) и для нескольких аналогичных типов КЭ.

Далее с использованием PCG при точности 10-4 выполнялся расчет при различном числе узлов.

Выполнялся также расчет 7 частот и форм собственных колебаний (см. таблицу 3). Использован блочный метод Ланцоша в двух модификациях. Опция LANB соответствует решению вспомогательной СЛАУ методом SPARSE, для опции LANPCG используется

PCG.

Результаты расчета.

Основные результаты расчетов – время счета, параметры НДС и собственные частоты/формы – для сеток различной подробности и альтернативных методов решения алгебраических проблем представлены в табл.1-3 и на рис. 17.7-17.18

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

Рис.17.1. КЭ-модель системы «основание-здание» (117 000 узлов).

Рис.17.2. Фрагмент КЭ-модели стены «сняты» (117 000 узлов)

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

Рис.17.3. Модель 117. Плиты фундаментная, перекрытий и покрытия (КЭ SHELL63)

Рис. 17.4. Зона стыка колонн (КЭ BEAM4) с перекрытиям. Слева синим показаны площадки повышенного модуля (E=109). Справа показаны колонны реального сечения

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

Рис.17.5. Тип 3 . «Стены» (КЭ SHELL63)

Рис.17.6. Грунтовое основание (КЭ SOLID45).

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

Таблица 1 Сравнение результатов для варианта А ( 117 276 узлов, 460 206 степеней свободы)