Таблица 2.36.2. Описание выходных данных элемента PIPE59

2.70.37. PIPE60 - изогнутая

пластическая труба (колено)

Описание элемента

Элемент PIPE60 является элементом с одной осью, поддерживающим свойства растяжения - сжатия, кручения и изгиба. Элемент имеет шесть степеней свободы в каждом из двух узлов: перемещения в направлении осей X, Y и Z и вращения вокруг осей X, Y и Z узловой системы координат.

Элемент обладает свойствами пластичности, ползучести и радиационного набухания. Если эти свойства не являются необходимыми, можно применять элемент упругой искривленной трубы PIPE18. Для вывода значений сил и моментов в системе координат элемента имеется специальная опция. Элементом пластической прямой трубы является PIPE20.

Исходные данные элемента

Геометрия, расположение узлов и система координат элемента показаны на рис. 2.37. Исходные данные элемента включают три узла, наружный диаметр трубы (0D), толщину стенки (TKWALL), радиус кривизны (RADCUR), необязательные коэффициенты концентрации напряжений (SIFI и SIFJ) и гибкости (FLXI и FLXO) и свойства изотропного материала.

Несмотря на то что элемент изогнутой трубы имеет только две конечные точки (узлы I и J), третий узел (К) обязан определять плоскость, в которой находится элемент. Этот узел должен лежать в плоскости изогнутой трубы и со стороны центра кривизны линии I-J. При этом может использоваться узел, принадлежащий другому элементу (например, узел присоединенного прямого трубчатого элемента).

Признаки KEYOPT(2) и KEYOPT(3) контролируют коэффициенты гибкости и концентрации напряжений следующим образом.

Множитель гибкости в комплексе ANSYS = 1.65/(h(l + PrXk/tE)) или 1.0, применяется большее значение (используется при KEYOPT(3) = 0 или 1 и неуказанном значении FLXI).

Множитель гибкости по Карману - (10 + 12h2)/(l + 12h2) (используется при KEYOPT(3) = 2и неуказанном значении FLXI).

Множитель гибкости пользователя - FLXI (в плоскости) и FLXO (вне плоскости элемента), может иметь любые положительные значения.

Во всех случаях по умолчанию FLXO = FLXI.

Коэффициент концентрации напряжений (SIF) = 0.9/h2/3 или 1.0, в зависимости от того, что больше. Используется для определения значений SIFI или SIFJ при KEYOPT(2) = 0 или если значения коэффициентов, указанных пользователем, меньше 2.0 (эти значения, указанные пользователем, должны быть положительными).

Указанные пользователем значения коэффициентов концентрации напряжений = SIFI, SIFJ, должны быть положительными (используются при KEYOPT(2)-= 4), где: h = tR/r2, t = толщина, R = радиус кривизны, г = средний радиус, Е = модуль Юнга Хк - 6 (r/t)4/3 (R/r)1/3 при KEYOPT(3) = 1 и R/r > 1.7, в противном случае Хк = 0.

Р = Р. - Ро при Р. - Ро > 0, в противном случае Р = 0, Р( = внутреннему давлению, Ро = внешнему давлению.

Если охватываемый угол полного колена меньше 360/(я (R/r)) градусов, значение признака KEYOPT(3) = 1 не должно использоваться.

Список исходных данных элемента

Узлы - I, J, К (узел К лежит в плоскости колена со стороны центра кривизны по отношению к линии I-J).

Степени свободы - UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ.

Геометрические характеристики - при KEYOPT(2) = 0 и KEYOPT(3) < 3 используются OD, TKWALL, RADCUR, при KEYOPT(2) = 4 и KEYOPT(3) < 3 используются OD, TKWALL, RADCUR, SIFI, SIFJ, при KEYOPT(2) - 4 и KEYOPT(3) = 3 используются OD, TKWALL, RADCUR, SIFI, SIFJ, FLXI, (пробел), (пробел), (пробел), (пробел), (пробел), FLXO:

- OD - наружный диаметр;

- TKWALL - толщина стенки;

- .RADCUR - радиус кривизны;

- SIFI - коэффициент концентрации напряжений в узле I;

- SIFJ - коэффициент концентрации напряжений в узле J;

- FLXI - коэффициент гибкости в плоскости;

- (пробел), 5 раз;

- FLXO - коэффициент гибкости вне плоскости.

Свойства материала - EX, ALPX (или СТЕХ или THSX), PRXY (или NUXY), DENS, GXY, DAMP. Нагрузки, распределенные на поверхности:

- давления: 1-PINT, 2-РХ, 3-PY, 4-PZ, 5-POUT. Объемные нагрузки:

- температуры: TAVG(I), T90(I), T180(I), TAVGQ), T90(J), T180(J);

- поток частиц: FLAVG(I), FL90(I), FL180(I), FLAVG(J), FL90(J), FL180(J)-Специальные возможности:

- пластичность;

- ползучесть;

- радиационное набухание;

- большие перемещения;

- рождение и смерть..

KEYOPT(2) - использование коэффициента концентрации напряжений:

- О - используется ссылочный коэффициент концентрации напряжений (SIF);

- 4 - коэффициент концентрации напряжений в узлах I и J определяется геометрическими характеристиками SIFI и SIFJ.

KEYOPT(3) - множитель гибкости:

- О - используется значение множителя гибкости комплекса ANSYS (без учета давления);

- 1 - используется значение множителя гибкости комплекса ANSYS (с учетом давления);

- 2 - используется значение множителя гибкости по Карману;

- 3 - используются указанные пользователем коэффициенты (FLXI, FLXO).

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

- О - печать компонентов усилий и моментов не производится;

- 1 - печать компонентов усилий и моментов производится в системе координат элемента.

Расчетные данные элемента

Выходная расчетная информация, связанная с элементом, разделена на два вида:

- узловые перемещения, включенные в полное узловое решение;

- дополнительные расчетные элементные объекты, перечисленные в табл. 2.37.

Результаты нелинейного расчета приводятся в восьми точках, расположенных на окружности на обоих концах колена. Результаты линейного расчета, аналогичные результатам элемента PIPE 18, выводятся в случаях упругого поведе-

Тэак 46

ния элемента. На коэффициент концентрации напряжений умножаются только изгибные напряжения (SBEND), что указывается признаком KEYOPT(2), если множитель превосходит значение 1.0.

Таблица 2.37. Описание выходных данных элемента PIPE60

Определение

NODES

VOLU:

XC.YC.ZC

TEMP

FLUE

PRES

FFACT

SFACTI. SFACTJ

MFOR.(X,Y Z)

MMOM.(X,Y Z)

SDIR

SBEND

S1MX, S3MN, SINTMX, SEQVMX

S:(AXL, RAO, H, XH) S:(1,3,INT, EQV)

EPEL:(AXL, RAD, H, XH)

EPTH:(AXL, RAD, H)

EPPL(AXL. RAD. H. XH)

EPCRJAXL, RAD. H. XH)

SEPL

SRAT

HpRES

EPEQ

EPSWAXL

Номер элемента Узлы -1, J Номер материала ООъем

Координаты точки вывода результатов TOUT(I). TIN(I), TOUT(J), TIN(J)

Поток частиц FLAVG(I), FL90(I), FL180(I), FLAVG(J), FL90(J), FL180(J)

PINT, PX, PY, PZ, POUT

Коэффициент гибкости элемента

Коэффициенты концентрации напряжений в узлах I и J

Компоненты усилий в элементной Системе координат в узлах I и J

Компоненты моментов в элементной Системе координат в узлах I и J

Осевое напряжение

Максимальное изгибное напряжение на наружной поверхности Касательное напряжение на наружной поверхности, вызванное кручением Касательное напряжение, вызванное перерезывающими силами Максимальное главное напряжение, минимальное главное напряжение, максимальное эквивалентное напряжение по Трескау и Сен-Венану и по фон Мизесу на наружной поверхности (вычисляются на основе SDIR, SBEND, ST, SSF и в соответствии с S1, S3, SINT, SEQV, как указано ниже) Осевое, радиальное, окружное и касательное.напряжения Максимальное главное напряжение, минимальное главное напряжение, максимальное эквивалентное напряжение по Трескау и Сен-Венану и по фон Мизесу

Осевая, радиальная, окружная и касательная деформации

Осевая, радиальная, окружная и касательная температурные деформации

Осевая, радиальнвя. окружная и касательная пластические деформации

Осевая, радиальная, окружная и касательная деформации ползучести

Эквивалентное напряжение по кривой деформирования

Отношение пробного напряжения к напряжению на пластической поверхности

Гидростатическое давление

Эквивалентная пластическая деформация

Осевая деформация ползучести

2.10.38. SHELL61 - осесимметричная оболочка с возможностью приложения неосесимметричных нагрузок

Описание элемента

Элемент SHELL61 имеет четыре степени свободы в каждом узле: перемещении в направлении осей X, Y и Z узловой системы координат и поворот вокруг оси и| узловой системы координат. Нагрузки могут быть осссимметричными и неосе* симметричными. Элементом осесимметричной оболочки, учитывающим нели< нейные свойства материала, является SHELL51.

Предельными случаями расположения элемента конической оболочки являются цилиндрическая оболочка и круглая пластина. Элемент оболочки может' иметь линейно изменяющуюся толщину.

Исходные данные элемента

Геометрия, расположение узлов и координатная система элемента показаны па рис. 2.38. Элемент определяется двумя узлами, двумя значениями толщины r узлах, числом окружных волн (узловых диаметров), определяемых аргументом MODE команды MODE, условием симметрии (аргумент ISYM команды MODE) и свойствами ортотропного материала. Система координат элемента показана на рис. 2.38. Направление 0 является касательным (окружным).

Рис. 2.38. Геометрия элемента SHELL61

Используемый материал может быть ортотропным, для которого указывается девять упругих свойств. Нагружение элемента может быть представлено как произвольная комбинация изменяющихся по гармоническому закону температур и давлений. Гармонически изменяющиеся усилия, если указываются, должны соответствовать полным 360° модели.

Элемент может иметь переменную толщину. Толщина предполагается линейно изменяющейся между узлами. Если элемент имеет постоянную толщину, требуется указывать только значение ТК(1). Значение ADMSUA является присоединенной на единицу площади массой.

Признак KEYOPT(l) используется для учета температурного нагружения при значении аргумента MODE, превосходящего нуль, и свойствах материала, зависящих от температуры. Свойства материала зависят только от постоянной (не изменяющейся по гармоническому закону) температуры. Если MODE равно нулю, свойства материала всегда соответствуют средней температуре элемента. Признак KEYOPT(3) используется для включения или удаления внешних форм перемещений.

Список исходных данных элемента

Узлы - I, J.

Степени свобод - UX, UY, UZ, ROTZ. Геометрические характеристики:

- ТК(1) - толщина оболочки в узле I;

- ТКО) - толщина оболочки в узле J (для постоянной толщины ТКО) по умолчанию равна ТК(1));

- ADMSUA - дополнительная масса, отнесенная к единице площади.

Свойства материала - EX, EY, EZ, PRXY, PRYZ, PRXZ (или NUXY, NUYZ, NUXZ), ALPX, ALPZ (или СТЕХ, CTEY, CTEZ или THSX, THSY, THSZ), DENS, GXZ, DAMP (направление X является меридиональным, ось Y направлена по толщине, ось Z - по окружности).

Нагрузки, распределенные на поверхности:

- давления: грань 1 (I-J) (верх, в направлении -Y), грань 2 (I-J) (низ, в направлении +Y).

Объемные нагрузки:

- температуры: Т1, Т2, ТЗ, ТА.

Номер окружной формы - номер окружной формы указывается при помощи команды MODE.

Специальные возможности:

- изменение жесткости при приложении нагрузки.

Условия нагружения: указываются при помощи аргумента ISYM команды MODE:

- -1 - антисимметричное нагружение;

- 1 - симметричное нагружение.

KEYOPT(l) - признак использования температуры в случае, если аргумент MODE больше нуля:

- О - температура используется для определения изгиба от температурных нагрузок (при помощи свойства материала TREF);

- 1 - температура используется для вычисления свойств материала (температурный изгиб не учитывается, значения ALPX и ALPZ должны быть равны нулю).

KEYOPT(3) - признак использования внешних форм перемещений:

- О - внешние формы перемещений включаются;

- 1 - внешние формы перемещений подавляются.

KEYOPT(4) - признак вывода усилий и моментов:

- О - компоненты усилий не выводятся;

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

KEYOPT(G) - признак указания точек для вывода результатов:

- О - результаты выводятся только в средней точке между узлами;

- N - вывод проводится в N дополнительных равномерно расположенных внутренних точках и в узлах (N = 1,3,5, 7, 9).

Расчетные данные элемента

Выходная расчетная информация, связанная с элементом, разделена на два вида:

- узловые перемещения, включенные в полное узловое решение;

- дополнительные расчетные элементные объекты, перечисленные в табл. 2.38.

Вывод результатов может проводиться в центре тяжести, в узлах и в N регулярно расположенных точках, где значение указывается при помощи признака KEYOPT(6). Например, при N=3 вывод проводится в узле I, в точках, соответствующих /4 длины элемента, посередине (в центре тяжести), 3/4 длины элемента И В узле J. Точкой вывода результатов № 1 всегда является узел I. Компоненты напряжений, которые всегда являются нулевыми, всегда приводятся для общности представления результатов.

В выводе перемещений компонента UZ смещена по фазе по отношению к компонентам UX и UY. Например, в случае MODE = 1, ISYM = 1 перемещения UX и UY имеют максимальные значения при угле А = 0°, а перемещение UZ имеет максимальное значение при угле и = 90°. Поэтому при просмотре результатов в постпроцессоре рекомендуется всегда использовать поле угловой координаты команды SET.

Таблица 2.38. Описание выходных данных элемента SHELL61

2.10.39. SHELL63 - упругая оболочка

Описание элемента

Элемент SHELL63 имеет возможности учета мембранного растяжения - сжатия и изгиба. Элемент имеет шесть степеней свободы в каждом узле: перемещения в направлении осей X, Y и Z узловой системы координат и повороты вокруг осей X, Y и Z узловой системы координат. Элемент имеет возможность работы с изменением жесткости при приложении нагрузок и большими перемещениями. Имеется возможность при больших перемещениях и малых поворотах применять согласованную касательную матрицу жесткости. Аналогичными элементами являются SHELL43 и SHELL181 (с возможностями пластического деформирования) и SHELL93, имеющий промежуточные узлы на гранях. Команда ETCHG преобразует элементы SHELL57 и SHELL157 в элементы SHELL63.

Исходные данные элемента

Геометрия, расположение узлов и координатная система элемента показаны на рис. 2.39. Элемент определяется четырьмя узлами, четырьмя значениями толщины, жесткостью упругого основания 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).

Рис. 2.3Q. Геометрия элемента SHELL63

Элемент может иметь переменную толщину. Толщина предполагается гладко изменяющейся но 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.

Для явно выраженных негомогенных материалов или многослойных оболочек указывается следующая геометрическая характеристика: RMI - отношение используемого изгибного момента инерции к вычисленному на основе указанного набора толщин слоев. По умолчанию RMI равно 1. Величины СТОР и СВОТ являются расстояниями от срединной поверхности до крайних волокон и используются для вычисления напряжений. Значения СТОР и СВОТ должны быть положительными, в предположении, что срединная поверхность располагается между волокнами, используемыми для вычисления напряжений. Если эти значения не указываются, напряжения вычисляются на основе исходных значений толщины. Значение ADMSUA является присоединенной на единицу площади массой.

Давления могут быть указаны в качестве поверхностных нагрузок на гранях элемента, как показано номерами, обведенными окружностями на рис. 2.39. Положительное давление направлено внутрь элемента. Давления, прикладываемые на ребрах, имеют размерность силы, отнесенной к единице длины. Поперечные давления могут быть эквивалентны (сосредоточенным) элементным нагрузкам, прикладываемым в узлах (при KEYOPT(6) = 0), или распределены по грани элемента (при KEYOPT(6) = 2). Элементные эквивалентные нагрузки порождают более точные расчетные напряжения в случае использования плоских элементов ря моделирования искривленных поверхностей или при моделировании упругого основания, поскольку в элементе устранены фиктивные напряжения изгиба.

Признак KEYOPT(l) применяется для удаления из матрицы жесткости при необходимости мембранной или изгибной жесткостей. При удалении изгибной жесткости из матрицы масс удаляются объекты, соответствующие перемещениям из плоскости элемента.

Признак KEYOPT(2) используется при применении согласованной касательной матрицы жесткости (то есть матрицы, состоящей из основной матрицы жесткости, к которой добавлена согласованная матрица изменения жесткости при приложении нагрузки) в задачах с большими перемещениями (команда NLGEOM,ON). В случае применения данного признака может обеспечиваться ускоренная сходимость геометрически нелинейных задач, в том числе нелинейная устойчивость и последующие за ней расчеты. Однако использование этого признака не рекомендуется в случаях применения данного элемента для моделирования жестких связей или при наличии групп связанных узлов. Получаемое при этом резкое изменение жесткости модели не позволяет применять согласованную касательную матрицу жесткости.

Признак KEYOPT(3) используется для включения (KEYOPT(3) - 0 или 2) или удаления (KEYOPT(3) = 1) внешних форм перемещений. Он также позволяет тип жесткости при кручении в плоскости:

- KEYOPT(3) = 0 или 1 вызывает аналогичный пружине тип жесткости при вращении элемента в своей плоскости;

- KEYOPT(3) = 2 вызывает более реалистичный тип вращения в плоскости (крутильная жесткость Аллмана - по умолчанию программа использует значения штрафных параметров d, = 0.000001 и d2 = 0.001).

Использование крутильной жесткости Аллмана часто в состоянии улучшать сходимость решения при больших перемещениях (ограниченных поворотах) моделей плоских оболочек (то есть пластин или плоских частей модели).

Признак KEYOPT(7) используется при применении концентрированной матрицы масс (в этом случае из матрицы масс удаляются все элементы, соответствующие угловым степеням свобод). Этот признак полезно применять для уточненного расчета изгибных напряжений в тонкостенных оболочках, к которым приложены инерционные нагрузки.

Признак KEYOPT(8) используется для усечения матрицы жесткости (удаляются угловые степени свободы). Этот признак полезно применять для вычисления уточненных форм и уточнения нагрузок в задачах линейной устойчивости ряда изгибных оболочек искривленной формы.

Список исходных данных элемента

Узлы - I, J, К, L.

Степени свобод - UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ. 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));

- EFS - жесткость упругого основания;

- ТНЕТА - поворот оси X системы координат элемента;

- RMI отношение моментов инерции изгиба;

- СТОР - расстояние от срединной поверхности до верхней грани;

- СВОТ - расстояние от срединной поверхности до нижней грани;

- ADMSUA - добавленная на единицу поверхности масса.

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, DAMP.

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 - Tl, Т2, ТЗ, Т4, Т5, Т6, Т7, Т8. Специальные возможности:

- изменение жесткости при приложении нагрузки;

- большие перемещения;

- рождение и смерть.

KEYOPT(l) - признак жесткости в элементе:

- О - жесткость изгибная и мембранная;