Опция KEYOPT(l) позволяет проводить разгрузку вдоль той же кривой разгрузки или вдоль линии, параллельной наклону в начале кривой. Эта вторая опция позволяет моделировать эффекты гистерезиса. Опция KEYOPT(2) обеспечивает несколько возможностей применения кривой нагружения.

Опция KEYOPT(3) указывает степень свободы. Эта степень свободы может являться перемещением, поворотом, давлением или температурой.

Поочередно элемент может иметь более одного типа степени свободы (KEYOPT(4) > 0). Два узла, определяющие элемент, не должны совпадать, поскольку направление усилия совпадает с линией, соединяющей узлы. Опция продольного действия (KEYOPT(4) = 1 или 3) порождает одноосный элемент растяжения - сжатия с двумя или тремя степенями свободы перемещений в каждом узле. При этом свойства изгиба и кручения отсутствуют. Опция торсиона (KEYOPT(4) = 2) формирует чистый поворотный элемент с тремя степенями свободы в каждом узле. Свойства изгиба или восприятия продольного усилия отсутствуют. Увеличение жесткости при приложении нагрузки применимо при нагружении усилиями, но не при приложении нагрузок в виде момента кручения.

Элемент имеет возможность учета больших перемещений при двух или трех степенях свободы в узле при использовании KEYOPT(4) = 1 или 3 совместно с NLGEOM,ON.

Проблемы сходимости, вызванные использованием большого диапазона изменения наклона (касательных) диаграммы связи усилий с перемещениями, могут быть разрешены при помощи поиска на линии (команда LNSRCH,ON).

Перечень исходных данных элемента

Узлы - I, J.

Степени свободы:

- UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ, PRES или TEMP;

- указание степени свободы в одномерном (1D) расчете при помощи KEYOPT(3);

- указание степени свободы в двухмерном (2D) или трехмерном (3D) расчете при помощи KEYOPT(4).

Геометрические характеристики:

- D1 - значение D для первой точки кривой связи усилий с перемещениями;

- F1 - значение F для первой точки кривой связи усилий с перемещениями;

- D2 - значение D для второй точки кривой связи усилий с перемещениями;

- F2 - значение F для второй точки кривой связи усилий с перемещениями;

- D3, F3, ... - продолжение указания значений D и F вплоть до 20 точек на кривой связи усилий с перемещениями.

Свойства материала - DAMP.

Нагрузки, приложенные к поверхности - нет.

Объемные нагрузки - нет.

Специальные возможности:

- нелинейность;

- увеличение жесткости при приложении нагрузки;

- большие перемещения.

KEYOPT(l) - признак проведения разгрузки:

- О - разгрузка проводится по линии нагружения;

- 1 - разгрузка проводится по линии, параллельной сегменту начала кривой нагружения.

KEYOPT(2) - признак свойств элемента при приложении сжимающей нагрузки:

- О - сжимающая нагрузка действует по линии кривой сжатия (или по отраженной кривой, если кривая при сжатии не указана);

- 1 - элемент не имеет сопротивления сжимающей нагрузке;

- 2 - нагрузка исходно следует кривой растяжения, а далее, после потери устойчивости, кривой сжатия (нулевая или отрицательная жесткость).

KEYOPT(3) - признак степени свободы в элементе в одномерных (ID) задачах (значение KEYOPT(4) заменяет значение KEYOPT(3)):

- О, 1 - UX (перемещение по оси X узловой системы координат);

- 2 - UY (перемещение по оси Y узловой системы координат);

- 3 - UZ (перемещение по оси Z узловой системы координат);

- 4 - ROTX (поворот вокруг оси X узловой системы координат);

- 5 - ROTY (перемещение по оси Y узловой системы координат);

- 6 - ROTZ (перемещение по оси Z узловой системы координат);

- 7-PRESS;

- 8-TEMP.

KEYOPT(4) - признак степени свободы в элементе (двухмерные (2D) или трехмерные (3D) задачи):

- О - используется опция KEYOPT(3);

- 1 - трехмерный (3D) продольный элемент (UX, UY и UZ);

- 2 - трехмерный (3D) торсионный элемент (ROTX, ROTY и ROTZ);

- 3 - двухмерный (2D) продольный элемент (UX и UY). Элемент должен лежать в плоскости X-Y.

KEYOPT(6) - признак вывода информации в элементе:

- О - базовая форма;

- 1 - дополнительный вывод таблицы связи усилий с перемещениями (только на первой итерации расчета).

Расчетные данные элемента

Расчетные данные, связанные с элементом, делятся на два вида:

- узловые объекты, такие как узловые перемещения, включены в полное узловое решение;

- дополнительные элементные объекты, перечисленные в табл. 2.22.

Узловые перемещения и усилия соответствуют степеням свободы, указанным признаком KEYOPT(3). Для осесимметричных задач усилия в элементе соответ-

ствуют полным 360° дуги. Значение STRETCH для элемента соответствует относительному перемещению в конце промежуточного шага (например, UX(J) -UX(I) - UORIG и т. д.). STAT и OLDST указывают номер сегмента, используемого в конце текущего и предыдущего промежуточного шага, соответственно. STAT или OLDST = 0 указывают неконсервативную разгрузку (KEYOPT(l) = 1). Состояние, равное 99 или -99, указывает, что активная точка на кривой нагружения расположена вне введенных данных. Наклон последнего сегмента просто продолжен за последнюю точку данных.

2.10.23. COMBIN40 - комбинированный элемент

Описание элемента

Элемент COMBIN40 является комбинацией упругого ползуна и демпфера, поставленных параллельно, последовательно соединенных с зазором. Масса может быть связана с одним иЛи обоими узлами. Элемент имеет одну степень свободы в каждом узле, а именно перемещение, поворот, давление или температуру. Масса, упругость, демпфирование и (или) зазор могут быть удалены из элемента. Элемент может использоваться в любом типе расчета. Иными элементами, имеющими свойства демпфирования, скольжения или зазора, являются элементы COMBIN7, LINK10, CONTAC12, COMBIN14, CONTAC26, MATRIX27, COMBIN37, COMBIN39, CONTAC48, CONTAC49 и CONTAC52.

Исходные данные элемента

Комбинированный элемент показан на рис. 2.23. Элемент определяется двумя узлами, двумя константами упругости К1 и К2 (имеющими размерность сила/ длина), коэффициентом демпфирования С (имеющим размерность сила*время/ длина), массой М, размером зазора GAP (имеющим размерность длины) и предельным усилием скольжения FSLIDE (имеющим размерность силы). Перечисленные единицы измерения применяются только при КЕУОРТ(З) = 0,1,2 или 3.

Если элемент используется в осесимметричном расчете, данные величины (за исключением GAP) должны относиться ко всем 360° дуги. Константа упругости,

М или М/2

АЛА/VW

М или М/2 - J

ЛЛЛЛЛ/V

с

Рис. 2.23. Геометрия элемента СОМ ВI N40

равная 0.0 (указываемая для К1 или для К2, но не для обеих), или коэффициент демпфирования, равный 0.0, удаляют данные свойства из элемента. Масса, если таковая вообще имеется, может быть приложена в узле I или узле J, или может быть равномерно распределена между узлами.

Размер зазора указан четвертой геометрической характеристикой. Положительное значение соответствует существующему зазору. Отрицательное значе--ние соответствует интерференции (натягу). Если GAP = 0.0, данное свойство из элемента удаляется. Значение FSLIDE представляет абсолютное значение (модуль) упругого усилия, которое должно быть превышено раньше проявления скольжения. Если FSLIDE равно 0.0, возможность скольжения из элемента удаляется, то есть элемент считается упругой связью.

Возможность отрыва применяется для понижения жесткости элемента (К1) до нуля при обнаружении ограничения FSLIDE. Предел указывается в форме -FSLIDE и применяется для отрыва при растяжении и сжатии. Возможность блокировки может быть указана признаком KEYOPT(l). Данная возможность удаляет последующее открывание зазора после его замыкания.

Если начальный зазор в элементе равен нулю, элемент применяется в качестве упруго-вязкого ползуна со свойствами растяжения и сжатия. Если исходный зазор не является нулевым, элемент действует следующим образом: когда упругое усилие (Fl + F2) отрицательно (сжатие), зазор остается закрытым и элемент моделирует параллельную комбинацию упругого элемента и демпфера. Как только упругое усилие (F1) превышает значение FSLIDE, элемент проскальзывает и компонент упругого усилия F1 остается постоянным. Если FSLIDE введено с отрицательным знаком, жесткость падает до нуля и элемент перемещается без сопротивления упругому усилию F1. Если упругое усилие становится положительным (растяжение), зазор открывается и никакое усилие не передается. В тепловых расчетах степени свободы температуры или давления действуют в манере, аналогичной перемещению.

Элемент имеет только степени свободы, указываемые признаком KEYOPT(3). Опции KEYOPT(3) = 7 и 8 позволяют элементу использоваться в тепловом расчете (с эквивалентными тепловыми геометрическими характеристиками).

Перечень исходных данных элемента

Узлы - I, J.

Степени свободы - UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ, PRES или TEMP (в зависимости от KEYOPT(3), см. ниже).

Геометрические характеристики (единицы измерения зависят от значения признака KEYOPT(3)):

- К1 - константа упругости;

- С - коэффициент демпфирования;

- М - масса;

- GAP - размер зазора;

- FSLIDE - предельное усилие скольжения;

- К2 - константа упругости (часть свойства скольжения). Примечание. Если GAP точно равен нулю, стык не может открыться. Если

GAP является отрицательным, имеется начальное внедрение (натяг). Если FSLIDE точно равно нулю, возможность скольжения удаляется. Если FSLIDE отрицательно, используется возможность отрыва.

Свойства материала - DAMP.

Нагрузки, приложенные к поверхности - нет.

Объемные нагрузки - нет.

Специальные возможности:

- нелинейность (за исключением случая, когда GAP и FSLIDE одновременно равны ну о;

- адаптивный 1уск. KEYOPT(l) - ш.нзнак свойств зазора:

- О - стандартные возможности зазора;

- 1 - зазор остается закрытым после создания начального контакта (запирание). KEYOPT(3) - признак степени свободы в элементе:

- О, 1 - UX (перемещение по оси X узловой системы координат);

- 2 - UY (перемещение по оси Y узловой системы координат);

- 3 - UZ (перемещение по оси Z узловой системы координат);

- 4 - ROTX (поворот вокруг оси X узловой системы координат);

- 5 - ROTY (перемещение по оси Y узловой системы координат);

- 6 - ROTZ (перемещение по оси Z узловой системы координат);

- 7-PRESS;

- 8-TEMP.

KEYOPT(4) - признак вывода информации в элементе:

- О - вывод информации для всех условий состояния;

- 1 - при открытом зазоре (STAT = 3) вывод информации подавляется.

KEYOPT(6) - признак расположения масс:

- О - масса в узле I;

- 1 - масса, равномерно распределенная между узлами I и J;

- 2 - масса в узле J.

Расчетные данные элемента

Расчетные данные, связанные с элементом, делятся на два вида:

- узловые объекты, такие как узловые перемещения, включены в полное узловое решение;

- дополнительные элементные объекты, перечисленные в табл. 2.23.

Направление Перемещения соответствует направлению узловой системы координат, указанной посредством KEYOPT(3). Значение STR является упругим перемещением в конце текущего промежуточного шага, STR = U(J) - U(I) + GAP -- SLIDE. Данное значение используется для определения упругого усилия. Для осесимметричного расчета усилия в элементе относятся ко всем 360° дуги. Значение SLIDE является накопленным значением скольжения в конце текущего промежуточного шага относительно начального расположения.

Значение STAT описывает состояние элемента в конце текущего промежуточного шага для использования на следующем промежуточном шаге. Если STAT = = 1, зазор закрыт и никакого скольжения не имеется. Если STAT = 3, зазор открыт. Если STAT = 3 в конце промежуточного шага, используется нулевая жесткость элемента. Значение STAT = +2 указывает, что узел J перемещается вправо от узла I. STAT = -2 указывает отрицательное скольжение.

2.10.24. SHELL41 - мембрана

Описание элемента

.Элемент SHELL41 является трехмерным элементом, обладающим мембранной жесткостью (в своей плоскости) и пс обладающим изгибной жесткостью. Он прел-назначен для моделирования конструкций оболочек, в которых изгиб элементов представляет вторичный интерес. Элемент имеет три степени свободы в каждом узле: перемещения в направлении осей X, Y и Z узловой системы координат.

Элемент может обладать переменной толщиной, имеет свойства изменения жесткости при приложении нагрузок, больших перемещений и моделирования объектов типа ткани (воспринимающих исключительно растягивающие напряжения). Другим элементом, имеющим дополнительную возможность использования в качестве мембраны, является SHELL63.

Исходные данные элемента

Геометрия, расположение узлов и координатная система элемента показаны на рис. 2.24. Элемент определяется четырьмя узлами, четырьмя значениями толщины, углом ориентации свойств материала и свойствами ортотропного материала. Направление ориентации ортотропного материала связано с системой координат элемента. Ось X системы координат элемента может быть повернута на угол ТНЕТА (в градусах).

©ТОР

I ТНЕТА

© BOTTOM

Оси х и у лежат в плоскости элемента. При ТНЕТА = 0 ось х направлена вдоль стороны I - J.

Рис. 2.24. Элемент мембраны SHELL41

Элемент может иметь переменную толщину. Толщина предполагается гладко изменяющейся по площади элемента и указывается в четырех узлах. Если элемент имеет постоянную толщину, требуется указывать только значение ТК(1). Если толщина не является постоянной, ее значения указываются во всех четырех узлах. Жесткость упругого основания (EFS) определяется как давление, требуемое для создания единичного перемещения основания по нормали. Если жесткость упругого основания указывается равной нулю или менее, она игнорируется. Значение ADMSUA является присоединенной на единицу площади массой.

Признак KEYOPT(l) используется для указания работы элемента только на растяжение. Данная опция, приводящая к нелинейной работе элемента, воспроизводит поведение ткани, выдерживающей растяжение и складывающейся при сжатии. Подобное поведение является воспроизведением поведения элемента растягиваемого троса LINK 10 для оболочек.

Использовать данную опцию для исследования поведения ткани не рекомендуется, поскольку реальные тканые материалы обладают некоторой изгибной жесткостью. Использование данной опции рекомендуется для эффективного моделирования областей модели, в которых может наблюдаться локальная потеря устойчивости (хлопун), в частности для моделирования сдвиговых авиационных панелей. Локальная потеря устойчивости (хлопун) в подобных задачах может наблюдаться в одном или двух ортогональных направлениях. Если требуется мо-

делирование реальной ткани, следует использовать поведение элемента в качестве таковой для воспроизведения нагрузок, вызывающих растяжение, и одновременно добавить в модель элемент оболочки с малой толщиной для учета из-гибной жесткости материала.

Любое отклонение элемента от плоскости или ошибки округления в координатах узлов могут повлечь неустойчивость расчета перемещений. Для исключения такой возможности в элемент может быть добавлена малая жесткость в направлении нормали путем использования геометрической характеристики EFS. Признак KEYOPT(2) используется для включения или удаления внешних форм перемещений. Признак KEYOPT(4) обеспечивает различные варианты вывода результатов.

Перечень исходных данных элемента

Узлы-IJ, К, L.

Степени свободы - UX, UY, UZ. Геометрические характеристики:

- ТК(1) - толщина в узле I;

- TK(J) - толщина в узле J (по умолчанию равна ТК(1));

- ТК(К) - толщина в узле К (по умолчанию равна ТК(1));

- TK(L) - толщина в узле L (по умолчанию равна ТК(1));

- ТНЕТА - поворот оси X системы координат элемента;

- EFS - жесткость упругого основания;

- ADMSUA - добавленная на единицу поверхности масса.

Свойства материала - EX, EY, PRXY или NUXY, ALPX, ALPY (или СТЕХ, CTEY или THSX,THSY), DENS, GXY, DAMP (направление оси X определяется геометрической характеристикой ТНЕТА).

Нагрузки, приложенные к поверхности:

- давление: грань 1 (I-J-K-L) (вниз, в направлении +Z); грань 2 (I-J-K-L) (вверх, в направлении -Z); грань 3 (J-I); грань 4 (K-J); грань 5 (L-K); грань 6 (I-L).

Объемные нагрузки:

- температуры - T(I), T(J), Т(К), T(L). Специальные возможности:

- изменение жесткости при приложении нагрузки;

- большие перемещения;

- нелинейность (при KEYOPT(l) = 2);

- рождение и смерть;

- адаптивное схождение.

KEYOPT(l) - признак жесткости в элементе:

- О - элемент имеет жесткость при растяжении и при сжатии;

- 1 - элемент имеет жесткость только при растяжении, не имеет жесткости , при сжатии (опция поведения ткани).

KEYOPT(2) - признак использования внешних форм перемещений:

- О - внешние формы перемещений включаются;

- 1 - внешние формы перемещений отключаются.

KEYOPT(4) - признак вывода внешних напряжений:

- О - базовая форма вывода результатов;

- 1 - повторение базовой формы вывода результатов в точках интегрирования;

- 2 - вывод результатов в узлах.

KEYOPT(5) - признак вывода компонентов усилий:

- О - усилия не выводятся;

- 1 - усилия выводятся в элементной системе координат.

KEYOPT(6) - признак вывода данных для ребер (для изотропных материалов):

- О - результаты на ребрах не выводятся;

- 1 - результаты на ребрах выводятся для средней точки ребра I-J;

- 2 - результаты на ребрах выводятся для средних точек ребер I-J и K-L.

Расчетные данные элемента

Расчетные данные, связанные с элементом, делятся на два вида:

- узловые объекты, такие как узловые перемещения, включены в полное узловое решение;

- дополнительные элементные объекты, перечисленные в табл. 2.24.

Таблица 2.24. Описание расчетных данных элемента SHELL41

2.10.25. PLANE42 - двухмерный (2D) элемент объемного НДС

Описание элемента

Элемент PLANE42 используется для двухмерного (2D) моделирования конструкций с объемным НДС. Элемент может использоваться в качестве плоского (с плоским напряженным или деформированным состоянием) или в качестве осесимметричного элемента. Элемент определяется четырьмя узлами, имеющими две степени свободы в каждом узле: перемещения в направлении осей X и Y узловой системы координат. Элемент имеет свойства пластичности, ползучести, радиационного набухания, увеличения жесткости при наличии нагрузок, больших перемещений и больших деформаций.

Для подавления дополнительных форм перемещений имеется специальная опция. Версией данного элемента II порядка является элемент PLANE82. Осе-симметричной версией данного элемента с неосесимметричными нагрузками является элемент PLANE25.

Исходные данные элемента

Геометрия, расположение узлов и система координат элемента показаны на рис. 2.25. Исходные данные элемента включают четыре узла, толщину (только при использовании опции плоского напряженного состояния) и свойства ортотропного материала. Направления осей ортотропного материала соответствуют направлениям системы координат элемента. Ориентация системы координат элемента описана выше, в п. 2.2.1 Системы координат элементов .

Y (или ось)

(или радиус)

© ~-V J

(Опция треугольника, не рекомендуется)

Система координат элемента (показана для KEYOPT (1) = 1)

Рис. 2.25. Геометрия элемента PLANE42

Признаки KEYOPT(5) и KEYOPT(6) обеспечивают различные опции вывода результатов.

Список исходных данных элемента

Узлы-IJ, К, L.

Степени свободы - UX, UY.