- 1 - только мембранная жесткость;

- 2 - только изгибная жесткость.

KEYOPT(2) - признак изменения жесткости:

- 0 - используется только главная касательная матрица жесткости при действии команды NLGEOM,ON (эффекты изменения жесткости при нагруже нии в задачах линейной устойчивости или других линейных задачах с на чальными напряжениями вызываются отдельно командой PSTRES.GN);

- 1 - используется согласованная касательная матрица жесткости (то есть матрица, состоящая из основной матрицы жесткости, к которой добавлена согласованная матрица изменения жесткости при приложении нагрузки) при действии команды NLGEOM.ON и KEYOPT(l) = 0; команда SSTIF,ON при действии для данного элемента признака KEYOPT(2) = 1 игнорируется; следует обратить внимание, что при действии команд SOLCONTROL,ON и NLGEOM,ON происходит автоматическое назначение признака KEYOPT(2) = 1; при этом используется согласованная касательная матрица жесткости;

- 2 - применение согласованной касательной матрицы жесткости отменяется при действии команды SOLCONTROL,ON; в ряде случаев это необходимо при использовании элементов в качестве жесткого тела путем назначения больших значений геометрических характеристик; признак KEYOPT(2) - 2 имеет одинаковый смысл с KEYOPT(2) = 0, с разницей, что при KEYOPT(2) = 0 аргументы ON или OFF команды SOLCONTROL имеют значение, а признак KEYOPT(2) = 2 не зависит от аргументов команды SOLCONTROL.

KEYOPT(3) - признак использования внешних форм перемещений:

- О - внешние формы перемещений используются, дополнительно используется аналогичный пружине тип жесткости при вращении элемента в своей плоскости вокруг оси Z элемента (программа автоматически добавляет малые жесткости для предупреждения нестабильности плоских элементов приКЕУОРТ(1)-0);

- 1 - внешние формы перемещений не используются, дополнительно используется аналогичный пружине тип жесткости при вращении элемента в своей плоскости вокруг оси Z элемента (программа автоматически добавляет малые жесткости для предупреждения нестабильности плоских элементов при KEYOPT(l) = 0);

- 2 - внешние формы перемещений используются, дополнительно используется жесткость Аллмана при вращении элемента в своей плоскости вокруг оси Z элемента.

KEYOPT(5) - признак вывода результатов:

- 0 - базовая форма вывода результатов;

- 2 - вывод узловых результатов. KEYOPT(6) - признак использования давления:

- 0 - усеченное нагружение давлениями (может использоваться при KEYOPT(l)= 1);

- 1 - согласованное нагружение давлениями.

KEYOPT(7) - признак использования матрицы масс:

- 0 - применяется согласованная матрица масс;

- 1 - применяется усеченная матрица масс.

KEYOPT(8) - признак использования матрицы изменения жесткости:

- 0 - применяется согласованная матрица изменения жесткости при приложении нагрузки (и по умолчанию);

- 1 - применяется редуцированная матрица изменения жесткости при приложении нагрузки.

. KEYOPT(9) - признак системы координат элемента:

- 0 - пользовательская подпрограмма для определения системы координат элемента не применяется;

- 4 - ось X элемента определяется пользовательской подпрограммой USERAN (подробности создания пользовательских подпрограмм см. d документе Руководство по объектам, программируемым пользователем ).

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. 2.39.

Расчетная информация включает момент вокруг ребра X (MX), момент вокруг ребра Y (MY) и крутящий момент (MXY). Моменты вычисляются на единицу длины в элементной системе координат. Направление элементных напряжений параллельно элементной системе координат.

Таблица 2.39. Описание выходных данных элемента SHELL63

2.10.40. SOLID64 - трехмерный (3D)

анизотропный элемент задач МДТТ

Описание элемента

Элемент SOLID64 используется для трехмерного моделирования анизотропных твердотельных 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 изменения жесткости при приложении нагрузки и больших перемещений. Иными доступными опциями являются подавление дополнительных форм перемещений и указание точек вывода расчетной информации. Элемент имеет различные применения, например расчет кристаллов и композитов.

Исходные данные элемента

Геометрия элемента, расположение узлов и система координат элемента показаны на рис. 2.40. Элемент определяется восемью узлами и свойствами анизотропного или ортотропного материала. Свойства ортотропного материала указываются тем же способом, что и для элемента SOLID45.

Рис. 2.40. Геометрия элемента SOLID64

Связь напряжений с деформациями анизотропного материала определяется матрицей [D], указываемой при помощи таблиц данных. Если матрица не указывается, используются стандартные ортотропные материалы. Матрица является симметричной, и для нее указывается только нижняя Треугольная часть. Для указания ввода матрицы в инвертированной или неинвертированной форме применяется аргумент ТВОРТ команды ТВ. Элементы матрицы [D] размером 6*6 указываются командой ТВ. Направления осей материала и расчетных напряжений соответствуют направлениям системы координат элемента.

Список исходных данных элемента

Узлы-IJ, К, L, М, N, О, Р.

Степени свободы - UX, UY, UZ.

Геометрические характеристики - нет.

Свойства материала - ALPX, ALPY, ALPZ, DENS, DAMP (при использовании для описания анизотропии команды ТВ), в противном случае EX, EY, EZ, ALPX, ALPY, ALPZ (или СТЕХ, CTEY, CTEZ или THSX, THSY, THSZ), PRXY, PRYZ, PRXZ (или NLJXY, NLJYZ, NLJXZ), 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 0-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), TQ), Т(К), T(L), Т(М), T(N), Т(О), Т(Р). Специальные возможности:

- увеличение жесткости при наличии нагрузок;

- большие перемещения;

- рождение и смерть;

- адаптивный спуск.

KEYOPT( 1) - признак включения или подавления внешних форм перемещений:

- О - внешние формы перемещений включаются;

- 1 - внешние формы перемещений подавляются.

KEYOPT(5) - признак вывода внешних напряжений:

- 0 - вывод базовых объектов;

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

- 2 - вывод узловых напряжений.

KEYOPT(6) - признак системы координат элемента:

- О - система координат элемента параллельна глобальной системе координат;

- 1 - система координат элемента параллельна элементу (ось X параллельна ребру I-J, ось Y лежит в плоскости узлов L J, К, ось Z перпендикулярна двум этим осям);

- 4 - ось X элемента определяется подпрограммой пользователя USERAN.

Примечание. Описание подпрограмм пользователя см. в документе Руководство по объектам, программируемым пользователем .

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. 2.40.

Направления напряжений в элементе параллельны осям системы координат элемента. Матрица свойств материала может просматриваться командой TBLIST.

Таблица 2.40. Описание расчетных данных элемента SOLID64

2.10.41. SOLID65 - трехмерный (3D)

объемный элемент железобетона

Описание элемента

Элемент SOLID65 используется для трехмерного (3D) моделирования объемных тел, имеющих или не имеющих арматуру. Объемный элемент имеет возможности образования трещин при растяжении и дробления при сжатии. Например, в расчетах железобетонных конструкций объемные возможности элемента могут использоваться для моделирования бетона, в то время как возможность учета арматуры применяется для моделирования свойств подкрепления конструкции. Иными вариантами применения элемента могут являться подкрепленные композиты (такие как стекловолокно) и геологические материалы (скальные материалы). Элемент определяется восемью узлами, имеющими три степени свободы в каждом узле: перемещения в направлении осей X,Y и Z узловой системы координат. В элементе можно указать до трех настроек армирования.

Элемент железобетона аналогичен элементу SOLID45 (трехмерному, 3D, объемному элементу задач МДТТ) с добавлением специальных возможностей образования трещин и дробления (скалывания). Самой важной особенностью этого элемента является использование нелинейных свойств материала. Бетон имеет возможность образования трещин (в трех ортогональных направлениях), дробления (скалывания), пластического деформирования и ползучести. Арматура имеет возможность растяжения и сжатия, но не сдвига. Она также поддерживает свойства пластического деформирования и ползучести.

Исходные данные элемента

Геометрия, расположение узлов и система координат элемента показаны на рис. 2.41. Элемент определяется восемью узлами и свойствами изотропного материала.

Элемент использует один материал объемной части и до трех материалов арматуры. Для ввода свойств материалов железобетона используется команда МАТ. Настройки арматуры, которые указываются в виде геометрических характеристик, включают номер материала (МАТ), отношение объемов (VR) и углы ориентации (ТНЕТА, PHI). Ориентацию арматуры можно графически проверить при помощи команды /ESHAPE.

Отношение объемов вводится как объем арматуры, деленный на полный объем элемента. Ориентация определена двумя углами (в градусах) по отношению к системе координат элемента. Ориентация системы координат элемента описана в п. 2.2 Системы координат главы 2 Описание конечных элементов комплекса ANSYS . Номер материала арматуры, равный нулю или номеру материала собственно бетона, приводит к удалению учета арматуры.

Дополнительные данные материалов железобетона, такие как коэффициенты передачи сдвиговых напряжений, напряжений растяжения и сжатия, для удобства вводятся в виде таблицы данных, как показано в табл. 2.41.1. Стандартные значения коэффициентов передачи находятся в диапазоне от 0.0 до 1.0, где 0.0 представляет гладкую трещину (полная потеря передачи сдвиговых нагрузок) и 1.0 представляет грубую трещину (потери передачи сдвиговых нагрузок нет). Эта настройка может проводиться для закрытой и открытой трещин.

Для указания глобальных значений демпфирования используется команда BETAD. Если для номера материала элемента применена команда MP,DAMP (номер указан командой МАТ), для элемента используется это значение, а не значение, указанное командой BETAD. Аналогично для указания глобального значения ссылочной температуры применяется команда TREF. Если для номера материала элемента применена команда MP,REFT, для элемента используется это значение, а не значение, указанное командой TREF. Но если для номера материала арматуры применена команда MP,REFT, используется это значение, а не значение, указанное в качестве глобального или элементного.

Признак KEYOPT(l) используется для включения или подавления дополнительных форм перемещений. Признаки KEYOPT(5) и KEYOPT(6) обеспечивают

различные опции вывода результатов (см. п. 2.1.2 Расчетные результаты в главе 2 Описание конечных элементов комплекса ANSYS ).

Релаксация напряжений, связанная с признаком KEYOPT(7) = 1, используется только для ускорения сходимости расчета при образовании трещин. Множитель объема релаксации напряжений растяжения вводится в качествегеометри-ческой характеристики С9 в таблице данных; см. табл. 2.41.1. Релаксация не представляет собой изменения связи напряжений^! деформаций после образования трещин. После получения сходимости расчета при наличии трещин модуль упругости в направлении нормали к грани трещины имеет нулевое значение.

Список исходных данных элемента

Узлы-1,т,К, L, М, N, О, Р.

Степени свободы - UX, UY, UZ.

Геометрические характеристики - МАТ1, VR1, ТНЕТА1, РНН, МАТ2, VR2, ТНЕТА2, PHI2, МАТЗ, VR3, ТНЕТАЗ, PHI3 (где МАТи является номером материала, VRn является отношением объемов, а ТНЕТАя и РН1я являются углами ориентации трех материалов арматуры).

Свойства материалов - EX, ALPX (или СТЕХ или THSX), PRXY или NUXY, DENS (для бетона), EX, ALPX (или СТЕХ или THSX), DENS (для каждого объекта арматуры).

Значение DAMP указывается только один раз для всего элемента (для указания свойств материала используется команда МАТ). Подробности см. выше Исходные данные элемента .

Нагрузки, распределенные на поверхности:

- давления: на грани 1 (J-I-L-K), на грани 2 (I-J-N-M), на грани 3 (J-K-O-N), на грани 4 (K-L-P-О), на грани 5 (L-I-M-P), на грани 6 (M-N-О-Р).

Объемные нагрузки:

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

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

Специальные возможности:

- пластичность;

- ползучесть;

- образование трещин;

- образование сколов;

- большие перемещения;

- большие деформации;

- изменение жесткости при приложении нагрузок;

- рождение и смерть;

- адаптивное схождение.

KEYOPT(l) - внешние формы перемещений:

- 0 - дополнительные формы перемещений включаются;

- 1 - дополнительные формы перемещений подавляются.

KEYOPT(5) - признак вывода результатов линейных расчетов:

- 0 - вывод результатов линейного расчета только в центре тяжести;

- 1 - повторение вывода результатов в точках интегрирования;

- 2 - вывод результатов в узлах.

KEYOPT(6) - признак вывода результатов нелинейных расчетов:

- О - вывод результатов нелинейного расчета только в центре тяжести;

- 3 - дополнительный вывод результатов в точках интегрирования.

KEYOPT(7) - признак релаксации напряжений после образования трещин:

- 0 - напряжения растяжения после образования трещин отсутствуют;

- 1 - напряжения растяжения после образования трещин учитываются для обеспечения сходимости.

Информация о железобетоне в элементе

Данные, перечисленные в табл. 2.41.1, вводятся в таблицу командами ТВ. Неуказанные данные считаются нулями, за исключением описанных ниже значений, применяемых по умолчанию. Таблица данных вызывается при помощи команды ТВ (с аргументом Lab = CONCR). При помощи команды TBDATA после указания температуры командой ТВТЕМР можно указывать до восьми констант. При помощи команды ТВТЕМР можно указывать до шести температур (максимально для команды ТВ NTEMP = 6). Константами (С1-С9), введенными командой TBDATA (по шести констант в команде) после вызова каждой команды ТВТЕМР, являются:

Таблица 2.41.1. Данные материала элемента железобетона SOLID65

Константа Значение

1 Коэффициент передачи касательных напряжений для открытой трещины

2 Коэффициент передачи касательных напряжений для закрытой трещины

3 Осевое напряжение растяжения образования трещины при одноосном напряженном состоянии

4 Осевое напряжение образования скола при одноосном напряженном состоянии (положительное)

5 Напряжение образования скола при плоском напряжённом состоянии (положительное)

6 Гидростатическое напряжение для использования констант 7 и 8

7 Напряжение образования скола при плоском напряженном состоянии при действии гидростатического напряжения (константа 6), положительное

8 Напряжение образования скола при одноосном напряженном состоянии при действии гидростатического напряжения (константа 6), положительное

9 Множитель жесткости для условия образования трещины, используемый при KEYOPT(7) - 1 (по умолчанию равен 0.6)

Отсутствие таблицы данных устраняет свойства образования трещин и сколов. Значение констант 3 и 4, равное -1, также, соответственно, устраняет свойства образования трещин и сколов. Если константы 1-4 указаны, а константы 5-8 отсутствуют, последние константы вычисляются методом, описанным в Руководстве по объектам, программируемым пользователем . Если любая из констант 5-8 указана, никакие значения по умолчанию не применяются и все восемь констант должны быть указаны.

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. 2.41.2.

Направления напряжений в элементе параллельны осям системы координат элемента. Вывод нелинейных свойств материала проводится только в случае указания этих свойств. Вывод данных арматуры проводится только при наличии арматуры. Если имеются возможности образования трещин или сколов, результаты для бетона выводятся в точках интегрирования, если в любой из точек интегрирования обнаружено образование трещин или сколов. В модуле POST1 для просмотра состояния точек интегрирования может применяться команда PLCRACK.

Таблица 2.41.2. Описание расчетных данных элемента SOLID65

Объект Определение

2.10.42. HYPER74 -двухмерный (2D) элемент объемного НДС со смешанной и-Р формулировкой с четырьмя узлами

Описание элемента

Элемент HYPER74 используется для моделирования в двухмерной (2D) постановке объемных конструкций, работающих в условиях гиперупругости. Смешанная u-P (Displacement-Pressure, перемещение - давление) формулировка позволяет формировать матрицы элементов при помощи смешанных вариационных принципов с давлением, введенным для описания ограничения несжимаемости. Это предположение применимо к подобным каучуку, почти несжимаемым материалам, подвергаемым произвольно большим перемещениям и деформациям. Элемент может использоваться в виде плоского элемента (плоское напряженное состояние) или в виде осесимметричного кольцевого элемента. Элемент определяется восемью узлами. Опция плоского напряженного состояния порождает элемент с двумя степенями свобод в каждом узле: перемещения в направлении осей X и Y узловой системы координат. Опция осесимметричного состояния порождает элемент с дополнительной степенью свободы в каждом узле: перемещение в направлении оси Z, позволяющей кручение модели. Формулировка гиперупругости является нелинейной и требует применения итерационного расчета. Для обновления геометрии на каждом промежуточном шаге опция больших перемещений должна являться активной (команда NLGEOM).

Исходные данные элемента

Геометрия, расположение узлов и система координат элемента показаны на рис. 2.42. Исходные данные элемента включают восемь узлов, свойства изотропного материала и константы, определяющие функцию энергии деформаций Муни - Ривлина (Mooney - Rivlin). Функция энергии деформаций может также определяться подпрограммой пользователя USRMOONEY и вызываться признаком KEYOPT(7) = 1. Функция Муни - Ривлина применима для широкого класса почти несжимаемых резиновых и подобных каучуку материалов. Она характеризуется ко-

Ф