- TKZT1, TKYT1 - расстояние до крайнего волокна в положительных направлениях осей Z и Y иа конце № 1 (узел 1);

- TKZT2, TKYT2 - расстояние до крайнего волокна в положительных направлениях осей Z и Y иа конце № 2 (узел J);

- ARFSZ1, ARESY1 - площадь сопротивления сдвигу в направлениях осей Z и Y на конце № 1 (узел I);

- ARESZ2, ARESY2 - площадь сопротивления сдвигу в направлениях осей Z и Y на конце № 2 (узел J);

- TSF1, TSF2 - коэффициент концентрации напряжений кручения на обоих концах балки относительно осей Z и Y;

- DSCZ1, DSCY1 - расстояние центра сдвига на конце № 1 (узел I) в направлениях осей Z и Y;

- DSCZ2, DSCY2 - расстояние центра сдвига на конце № 1 (узел J) в направлениях осей Z и Y;

- EFSZ, EFSY - жесткость упругого основания в направлениях осей Z и Y;

- Yl, Z1 - координаты Y и Z набора № 1 для дополнительного вывода напряжений на конце № 1 (узел I);

- Y2, Z2 - координаты Y и Z набора № 2 для дополнительного вывода напряжений на конце № 1 (узел I);

- Y3, Z3 - координаты Y и Z набора JNs 3 для дополнительного вывода напряжений иа конце № 1 (узел I);

- Y4, Z4 - координаты Y и Z набора № 4 для дополнительного вывода напряжений на конце № 1 (узел I);

- Yl, Z1 - координаты Y и Z набора № 1 для дополнительного вывода напряжений на конце № 2 (узел J );

- Y2, Z2 - координаты Y и Z набора № 2 для дополнительного вывода напряжений на конце № 2 (узел J);

- Y3, Z3 - координаты Y и Z набора № 3 для дополнительного вывода напряжений на конце № 2 (узел J);

- Y4, Z4 - координаты Y и Z набора М 4 для дополнительного вывода напряжений па конце № 2 (узел J);

- ТНЕТА - угол поворота оси X системы координат элемента;

- ISTRN - начальная деформация в элементе;

- ADDMAS - добавочная масса на единицу длины балки.

Свойства материала - EX, ALPX, DENS, GXY, DAMP. Нагрузки, приложенные к поверхности:

- давление: грань 1 (I-J) (направление по нормали -Z), грань 2 (1-J) (направление по нормали -Y), грань 3 (I-J) (направление по касательной +Х), грань 4 (I) (направление по пси +Х), грань 5 (J) (направление по оси -X), для противоположного направления указываются отрицательные значения.

Объемные нагрузки:

- температуры - Tl, Т2, ТЗ, Т4, Т5. Т6, Т7, Т8.

Специальные возможности:

- изменение жесткости при приложении нагрузки;

- большие перемещения;

- рождение и смерть.

KEYOPT(2) - признак матрицы масс:

- О - согласованная матрица масс;

- 1 - редуцированная матрица масс.

KEYOPT(6) - признак вывода компонентов усилий и моментов:

- О - компоненты усилий не выводятся;

- 1 - компоненты усилий и моментов выводятся в системе координат элемента.

KEYOPT(7) - признак удаления жесткости в узле I:

- 1 - удаляется жесткость для углового перемещения вокруг оси Z;

- 10 - удаляется жесткость для углового перемещения вокруг оси Y;

- 100 - удаляется жесткость для углового перемещения вокруг оси X;

- 1000 - удаляется жесткость для линейного перемещения вдоль оси Z;

- 10000 - удаляется жесткость для линейного перемещения вдоль оси Y;

- 100000 - удаляется жесткость для линейного перемещения вдоль оси X.

Для комбинированного удаления вводится сумма признаков (например, 11 для вращения вокруг осей Z и Y).

KEYOPT(8) - то же, что KEYOPT(7), применительно к узлу J.

KEYOPT(9) - признак вывода данных в N дополнительных точках вывода между узлами I и J:

- N- нывол проводится в N дополнительных точках (ЛГ= 0, 1,3, 5, 7, 9).

KEYOPT(IO) - признак, используемый только при приложении переменных поверхностных нагрузок при помощи команды SFBEAM;

- 0 - геометрическое смещение имеет размерность длины;

- 1 - геометрическое смещение приводится в безразмерном виде (то есть в долях длины), от 0.0 до 1.0,

Значение SIIEARZ согласовано со значением IZ. Если SIIEARZ - 0.0, это соответствует отсутствию поперечного (сдвигового) перемещения в направлении элементной оси Y.

Значение SHEARY согласовано со значением IY. Если SHEARY = 0.0, это соответствует отсутствию поперечного (сдвигового) перемещения в направлении элементной оси Z.

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. 2.27.

В каждом поперечном сечении расчетные напряжения состоят из осевого напряжения растяжения - сжатия и четырех компонент изгиба. Далее пять этих величин комбинируются для вычисления максимальных и минимальных напряжений, в предположении прямоугольного поперечного сечения. Если геометрические характеристики Yl - Z4 указаны, объединенные напряжения вычисляются в указанных через эти характеристики точках. Если для элемента указан признак KEYOPT(6) = 1, указываются 12 составляющих усилий и моментов, по шесть на каждом конце элемента (в элементной системе координат). Ось X элемента определяется по центрам тяжести поперечных сечений. Если геометрические характеристики № 25-30 (ARESZ1, ARESY1, ARESZ2, ARESY2, TSF1, TSF2) указываются, выводятся средние касательные напряжения и напряжения кручения. Если данные характеристики имеют нулевые значения, вывод этих напряжений не производится. Вывод дополнительных результатов в промежуточных точках, расположенных между концами балки, регулируется признаком KEYOPT(9).

Таблица 2.27. Описание расчетных данных элемента ВЕАМ44

Объект Определение

EL Номер элемента

NODES Узлы - I, J

MAT Номер материала

V0LU: Объем

ХС, YC, ZC Координаты точки вывода результатов

TEMP Температуры T1, T2, T3, T4, T5, Т6, Т7, T8

PP.ES Давления Р1 в узлах I и J; OFFST1 в I и J; Р2 в I и J; OFFST2 в I и J; РЗ в I и J,

OFFST3 в I и J; Р4в I; Р5 в J Осевое напряжение растяжения - сжатия Изгибное напряжение на ребре балки +Y Изгибное напряжение на ребре балки -Y Изгибное напряжение на ребре балки +Z Изгибное напряжение на ребре балки -Z -Максимальное напряжение (осевое + изгибные) Минимальное напряжение (осевое - изгибные) Упругая деформация растяжения - сжатия на концах Изгибная упругая деформация на ребре балки +Y Изгибная упругая деформация на ребре балки -Y Изгибная упругая деформация на ребре балки +Z Изгибная упругая деформацияна ребре балки -Z ТемпературнаяДеформация растяжения - сжатия на концах Изгибная температурная деформация на ребре балки +Y Изгибная температурная деформация на ребре балки -Y Изгибная температурная деформация на ребре балки +Z Изгибная температурная деформация на ребре балки -Z Начальная деформация растяжения - сжатия в элементе Средние сдвиговые напряжения (в направлениях Y и Z) и напряжение кручения S(AXL1,AXL2, AXL3,AXL4) Расчетные напряжения в пользовательских точках 1, 2, 3 и 4 MFPR(X, Y, Z) Компоненты усилий в элементной системе координат

в направлениях X, Y и Z MMOM(X, Y Z) Компоненты моментов в элементной системе координат

в направлениях X,YhZ

SDIR

SBYT

SBYB

SBZT

SBZB

SMAX

SMIN

EPELDIR

EPELBYT

EPELBYB

EPELBZT

EPELBZB

EPTHDIR

EPTH BYT

EPTHBYB

EPTHBZT

EPTHBZB

EPINAXL

S(XY,XZ,YZ)

2.10.28. SOLID45 - объемный (3D) элемент

задач МДТТ

Описание элемента

Элемент SOLID45 используется для моделирования трехмерных (3D) конструкций. Элемент определяется восьмью узлами, имеющими три степени свободы в каждом узле: перемещения в направлении осей X, Y и Z узловой системы координат.

Элемент имеет свойства пластичности, ползучести, радиационного набухания, изменения жесткости при приложении нагрузок, больших перемещений и больших деформации. Для контроля скручивания элемента имеется опция интегрирования пониженного порядка. Аналогичным элементом с анизотропными свойствами является элемент SOLID64. Версией элемента SOLID45 II порядка является элемент SOLID95.

Исходные данные элемента

Геометрия элемента, расположение узлов и система координат элемента показаны па рис. 2.28. Элемент определяется восемью узлами и свойствами ортотропного материала. Направления осей ортотропного материала соответствуют направлениям системы координат элемента.

Рис. 2.28. Гсомстрияэлемента SOLID45

Признак KEYOPT(l) используется для включения или подавления дополнительных форм перемещении. Признаки KEYOPT(5) и KEYOPT(6) обеспечивают различные опции вывода информации для элемента.

Данный элемент также поддерживает равномерное редуцированное интегрирование (в одной точке) для контроля скручивания элемента при KEYOPT(2) = 1. Использование равномерного редуцированного интегрирования обеспечивает следующие преимущества при проведении нелинейных расчетов.

- Уменьшение времени вычислений, требующегося для формирования матрицы жесткости элемента, и вычислений напряжений и деформаций для достижения сопоставимой точности при использовании полной (FULL) опции интегрирования.

- Длина сохраняемой записи данных элемента (файлы .ESAV и .OSAV) составляет приблизительно /7 от записи, создаваемой при полном интегрировании (2*2*2) при одинаковом количестве элементов.

- Характеристики нелинейной сходимости для данной опции существенно превосходят характеристики, наблюдаемые при полном интегрировании при использовании внешних форм перемещений, то есть KEYOPT(l) = О, KEYOPT(2) = 0.

- Расчет не ухудшается объемным запиранием, который может быть вызван пластичностью или другими свойствами несжимаемого материала.

Расчет, использующий равномерное редуцированное интегрирование, может иметь следующие недостатки:

- расчет не является столь же точным, как при использовании метода полного интегрирования, который применяется в линейных расчетах для той же

самой сетки;

- расчет не может учитывать свойства изгиба при наличии одного слоя элементов, например в случае расчета консольной балки, моделируемой одним слоем элементов по толщине, нагруженной поперечными усилиями. Вместо этого обычно рекомендуется применение четырех элементов по толщине.

При использовании опции равномерного редуцированного интегрирования (опция KEYOPT(2) = 1 идентична опции KEYOPT(2) = 1 для элемента SOLID185) можно проверить точность результатов путем сравнения полной энергии (метка SENE команды ETABLE) и искусственной энергии (метка AENE команды ETABLE), введенной контролем скручивания. Если отношение искусственной энергии к полной энергии менее 5%, результат является приемлемым. Если отношение искусственной энергии к полной энергии превосходит 5%, следует улучшать сетку. Полная и искусственная энергии могут быть также проверены при помощи команды OUTPR.VENG в ходе проведения вычислений.

Список исходных данных элемента

Узлы - I, J, К, L, М, N, О, Р.

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

- HGSTF - контрольный множитель крутки, необходимый только при KEYOPT(2) = 1. Допустимыми значениями данной геометрической характеристики являются любые положительные числа; по умолчанию применяется значение 1.0. Разработчики комплекса рекомендуют применять значения от 1 до 10.

Свойства материала - EX, EY, EZ, PRXY, PRYZ, PRXZ (или NUXY, NUYZ, NUXZ), ALPX, ALPY, ALPZ (или СТЕХ, CTEY, CTEZ или THSX, THSY, THSZ), DENS, GXY, GYZ, GXZ, DAMP.

Нагрузки, прикладываемые к поверхности элемента:

- давление - на грани 1 (J-I-L-K), грани 2 (I-J-N-M), грани 3 (J-K-0-N), грани 4 (K-L-P-0), грани 5 (L-I-M-P), грани 6 (M-N-0-P).

Объемные нагрузки:

- температуры - T(I), T(J), Т(К), T(L), Т(М), T(N), Т(О), Т(Р);

- поток частиц - FL(I), FL(J), FL(K),FL(L), FL(M), FL(N), FL(O), FL(P).

Специальные возможности:

- пластичность;

- ползучесть;

- радиационное набухание;

- увеличение жесткости при наличии нагрузок;

- большие перемещения;

- большие деформации;

- рождение и смерть;

- адаптивный спуск;

- импорт начальных напряжений.

KEYOPT(l) - признак включения или подавления внешних форм перемещений:

-О - внешние формы перемещений включаются;

- 1 - внешние формы перемещений подавляются.

KEYOPT(2) - признак проведения интегрирования:

- О - полное интегрирование при наличии и отсутствии внешних форм перемещений в зависимости от значения KEYOPT(l);

- 1 - использование опции равномерного редуцированного интегрирования с контролем крутки; внешние формы перемещений подавляются (автоматическое назначение KEYOPT(l) = 1).

KEYOPT(4) - признак системы координат элемента:

- О - система координат элемента параллельна глобальной системе координат;

- 1 - система координат элемента основана на ребре I-J элемента.

KEYOPT(5) - признак вывода внешних напряжений:

- О - вывод базовых объектов;

- 1 - повторение вывода базовых объектов для всех точек интегрирования;

- 2 - вывод узловых напряжений.

KEYOPT(6) - признак вывода информации на поверхностях:

- О - базовый вывод информации;

- 1 - дополнительный вывод данных на грани I-J-N-M;

- 2 - дополнительный вывод данных на гранях I-J-N-M и K-L-P-0 (вывод результатов па поверхностях применим только при использовании линейных материалов);

- 3 - дополнительный вывод нелинейных результатов в каждой точке интегрирования;

- 4 - вывод результатов на поверхностях с ненулевыми давлениями.

KEYOPT(9) - признак опции использования ввода начальных напряжений при помощи специальной подпрограммы (этот признак должен указываться непосредственно при помощи команды KEYOPT):

- О - подпрограмма пользователя для указания начальных напряжений не используется (и по умолчанию);

- 1 - ввод начальных напряжений проводится при помощи подпрограммы пользователя USTRESS (информацию о подпрограммах пользователя см. в Руководстве по объектам, программируемым пользователем ).

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. 2.28.

Направления напряжений в элементе параллельны осям системы координат элемента. Напряжения на поверхностях выводятся в системе координат поверхности и применимы для любой грани (KEYOPT(6)). Система координат для граней IJNM и KLPO показана иа рис. 2.28. Другие системы коор/шнат поверхностей воспроизводят такую ориентацию, как обозначено в соответствии с описанием давления в узлах, лежащих на гранях.

При KEYOPT(2) = 1 (элемент использует равномерное редуцированное интегрирование) все расчетные данные в точках интегрирования отображаются в том же виде, что и при полном интегрировании. Номера точек полного интегрирования используются для согласования выходных данных в пределах одного типа элемента.

Таблица 2.28. Описание расчетных данных элемента SOLID45

2.10.29. SOLID46 - трехмерный (3D)

многослойный объемный элемент задач МДТТ с восемью узлами

Описание элемента

Элемент SOLTD46 является многослойной версией объемного элемента задач МДТТ с восемью узлами (SOLID45), предназначенным для моделирования толстых многослойных оболочек или объемных тел. Элемент допускает применение до 250 слоев. При необходимости использования более 250 слоев допускается применение опции пользовательской матрицы поведения материала. В качестве альтернативы допускается применение элементов, уложенных в несколько слоев. Элемент имеет три степени свободы в каждом узле: перемещения в направлении осей X, Y и Z системы координат элемента. Аналогичным элементом оболочки является элемент SHELL99.

хо - ось X элемента, если ESYS не применяется.

х - ось X элемента, если ESYS применяется.

Исходные данные элемента

Геометрия, расположение узлов н система координат элемента показаны на рис. 2.29. Элемент определяется восемью узлами, значениями толщины слоев, углом направления материала слоя и свойствами ортотропного материала. Отношение модулей сдвига GXZ и GYZ не должно превышать значения 10 ООО.

Ось Z элемента определена в качестве нормали к ссылочной плоскости при помощи геометрической характеристики KREE Аргумент KREF может иметь значения 0 (срединная плоскость), i (низ) и 2 (верх). Если узлы определяют искривленную (неплоскую) поверхность, используется усредненная плоскость. По

Система координат элемента при KREF=0

м

J BOTTOM Опция тетраэдра.

не рекомендуется

Рис. 2.29. Геометрия элемента SOUD46

умолчанию ось X элемента является проекцией ребер I-J и M-N или их усредненного значения (в зависимости от значения KREF) на ссылочную плоскость. Ориентация в пределах плоскости слоев может быть изменена командой ESYS тем же самым способом, который используется для элементов оболочки, как описано в п. 2.2 Системы координат в главе 2 Описание конечных элементов комплекса ANSYS . Для изменения ориентации элементов (после автоматического построения сетки) требуется использование команды EORIENT. Путем использования команды EORIENT можно вынудить элементы SOLID46 соответствовать элементу, имеющему требуемую ориентацию, или назначить ориентацию, насколько возможно, параллельной указанной оси.

Исходные данные могут представляться в матричной форме или форме слоя, в зависимости от признака KEYOPT(2). При использовании матричной формы сама матрица должна быть вычислена вне комплекса ANSYS. Соотношения усилий и моментов с деформациями в элементе, определяющие квадратичное изменение деформаций по толщине (KEYOPT(2) = 3), должны указываться в виде, описанном в п. 2.10.53 (см. Исходные данные элемента ) для восьмиузлового элемента многослойной линейной оболочки (SHELL99). Кроме того, для данного элемента игнорируются ссылки на промежуточные узлы. Температурные деформации, большинство напряжений и критерии разрушения при использовании ввода матриц не вычисляются.

Для ввода слоев (а не матриц) используемые значения толщины слоев вычисляются путем масштабирования исходных геометрических характеристик - значений толщины для согласования их с расстоянием между узлами. Расположение узлов может указывать на наклон слоев или их форму, отклоняющуюся от плоскости. Однако локальная система координат для каждого слоя фактически ориентируется параллельно ссылочной плоскости. Номер слоя (LN) может изменяться от 1 до 250. В этой локальной правой системе координат ось X поворачивается на угол THETA(LN), в градусах, от оси X системы координат элемента в сторону оси Y системы координат элемента.

Свойства материала каждого слоя могут являться ортотропными в плоскости элемента. Геометрическая характеристика МАТ используется для указания номера материала слоя вместо номера материала, присваиваемого элементу командой МАТ. Если номер не указывается, по умолчанию МАТ равно 1. Направление оси X для материала соответствует направлению X локальной системы координат слоя.

Для указания глобальных значений ссылочной температуры и демпфирования используются, соответственно, команды TREF и BETAD. В качестве альтернативы можно использовать команду МАТ для указания значений ссылочной температуры, зависящей от элемента (MP.REFT) или демпфирования (MP,DAMP); при этом номер материала слоя игнорируется.

Общее число слоев должно быть определено геометрической характеристикой NL, как указано в и. 2.10.53 (см. Исходные данные элемента ) в описании элемента SHELL99. Геометрические характеристики, свойства материала, толщина слоев и критерии разрушения также там же.

Выбор критериев разрушения приводится в таблице данных (команда ТВ). Применяются три предварительно определенных критерия разрушения, и до шести пользовательских критериев могут быть введены в виде подпрограмм пользователя. Критерии разрушения также могут вычисляться в модуле POST1 (при помощи команд семейства FC). Все ссылки на критерии разрушения как часть расчетных данных основываются только на командах семейства ТВ.

Список исходных данных элемента

Узлы-IJ, К, L, М, N, О, Р.

Степени свободы - UX, UY, UZ.

Геометрические характеристики - набор геометрических характеристик изменяется н зависимости от значения признака KEYOPT(2). Описание набора геометрических характеристик см. ниже.

№ Название Описание

Основные данные при KEYOPT(2j = О или 1

1 NL Число слоев {максимум 250)

2 I.SYM Признак симметричности слоев

3 LP1 Номер первого слоя, для которого проводится вывод результатов

4 LP2 Номер второго слоя, для которого проводится вывод результатов

5, б (прооел)

7 KREF Расположение ссылочной плоскости

8, ...12 (пробел)

При KEYOPT(2) = 0 добавляются следующие:

13 МАТ Номер материала слоя 1

14 ТНЕТА Поворот оси X слоя 1

15 тк Толщина слоя I

16, ... (12+3*NL) MAT, ТНЕТД Повторяющиеся значения МАТ, ТНЕТА и ТК для каждого слоя (вплоть

ТК и т. д. до слоя с номером NL)

При KEYOPT(2) = 1 добавляются следующие:

13 МАТ Номер материала слоя 1