Рис. 2.52. Геометрия элемента SOLID95

Направления свойств материала ориентируются тем же самым способом, что и для оболочек (использованием плоскости, проходящей через промежуточные узлы Y-Z-A-B) при использовании опции KEYOPT(l) = 1. Ось Z системы координат элемента ортогональна этой плоскости, а ось X определяется проекцией оси X (указанной командой ESYS) на плоскость промежуточных узлов. При необходимости ось X может быть повернута на угол ТНЕТД необязательную геометрическую характеристику. Значение ТНЕТА между шагами нагрузки изменяться не может.

Концентрированная формулировка матрицы масс, которая используется в отдельных расчетах, может вызываться командой LUMPM. Несмотря на то что согласованная матрица масс обеспечивает хорошие результаты в большинстве расчетов, концентрированная матрица масс обеспечивает лучшие результаты в редуцированных расчетах при помощи редуцирования Гайана (Guyan). Параметры KEYOPT(5) и (6) обеспечивают различные опции вывода результатов.

Список исходных данных элемента

Узлы - I, J, К, L, М, N, О, Р, Q, R, S, Т, U, V, W, X, Y, Z, А, В. Степени свободы - UX, UY, UZ. Геометрические характеристики:

- ТНЕТА - угол поворота оси X системы координат (используется только приКЕУОРТ(1)= 1).

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-O-N), грани 4 (K-L-P-O), грани 5 (L-I-M-P), грани 6 (M-N-O-P).

Объемные нагрузки:

Специальные возможности:

- пластичность;

- ползучесть;

- увеличение жесткости при наличии нагрузок;

- большие перемещения;

- большие деформации;

- рождение и смерть;

- адаптивный спуск;

- импорт начальных напряжений.

KEYOPT(l) - признак системы координат элемента:

- О - по умолчанию;

- 1 - ориентация свойств материала использует плоскость, создаваемую промежуточными узлами (Y-Z-A-B) с осью Z, перпендикулярной этой плоскости, и осью X (команда ESYS), проецируемой на эту плоскость.

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(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 на 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 ).

KEYOPT(l 1) - признак типа интегрирования:

- О - редуцированное интегрирование не применяется (и по умолчанию);

- 1 - опция редуцированного интегрирования 2x2x2 для элемента в форме гексаэдра.

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. 2.52.

Направления напряжений в элементе параллельны осям системы координат элемента. Напряжения на поверхностях выводятся в системе координат поверхности и применимы для любой грани (KEYOPT(6)).

Таблица 2.52. Описание расчетных данных элемента SOLID95

Объект Определение

Таблица 2.52. Описание расчетных данных элемента SOLID95 (продолжение)

2.10.53. SHELL99 - линейная

многослойная оболочка

Описание элемента

Элемент SHELL99 может применяться для расчета НДС многослойных оболочек. Несмотря на то что элемент SHELL99 не обладает рядом нелинейных возможностей, имеющихся у элемента SHELL91, при использовании он требует меньшего времени. Элемент SHELL99 позволяет применять до 250 слоев. Если требуется использовать более 250 слоев, может применяться входная матрица, созданная пользователем.

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.

Исходные данные элемента

Геометрия, расположение узлов и координатная система элемента показаны на рис. 2.53. Элемент определяется восемью узлами, средними значениями или значениями в угловых узлах толщины слоев, углом ориентации свойств материала и свойствами ортотропного материала. Промежуточные узлы элемента не могут быть удалены. Треугольный элемент может быть создан путем указания одного и того же номера для узлов К, L и О.

В то время как элемент SHELL91 использует меньшее количество времени для элементов с числом слоев, меньшим трех, элемент SHELL99 использует меньшее количество времени для элементов с тремя или более слоями.

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.

Исходные данные могут быть представлены в матричной форме или в виде списка слоев, в зависимости от значения признака KEYOPT(2). Если применяется матричная форма, собственно матрица должна быть вычислена внешними по отношению к комплексу ANSYS средствами.

Поскольку плоские элементы, как замечено, дают лучшие результаты, чем элементы, построенные на изогнутых поверхностях, при KEYOPT(2) = 2 или 4, в этом случае промежуточные узлы внутренне переопределяются для создания прямых ребер, соединяющих угловые узлы, для последующих геометрических вычислений. Если KEYOPT(2) = 3, в матрицах [Е], [F] и векторе {QT} учитываются эффекты формы, описываемой уравнениями II порядка, а промежуточные узлы не переопределяются. При KEYOPT(2) = 4 поперечный сдвиг ограничивается, например, в виде A6*TRSHEAR, где TRSHEAR является входным значением и по умолчанию равен 1000. При указании исходных данных в матричной форме напряжения, температурные деформации и значения критериев разрушения не вычисляются.

Номер слоя (LN) может принимать значение от 1 до 250. Ось X локальной правой системы координат может быть повернута на угол THETA(LN) (в градусах) от оси X системы координат элемента в направлении оси Y.

Общее число слоев должно указываться (NL). Свойства всех слоев должны указываться (в случае LSYM = 0). Если свойства слоев симметричны относительно срединной поверхности элемента (LSYM = 1), указываются свойства только половины слоев, включая средний (если таковой имеется). Несмотря на то что выводятся результаты для всех слоев, для вывода результатов можно специально указать два слоя (LP1 и LP2, где LP1 обычно меньше, чем LP2).

Свойства материала могут быть ортотропными относительно плоскости элемента. Геометрическая характеристика МАТ используется для назначения номера материала вместо номера материала, назначаемого командой МАТ. По умолчанию, если не указывается, геометрическая характеристика МАТ имеет значение 1. Ось X свойств материала соответствует локальному направлению системы координат слоя X.

Для присвоения значений ссылочных температур и демпфирования используются команды TREF и BETAD соответственно. Альтернативой является использование команд MAT,REFT для указания ссылочной температуры или MAT.DAMP для демпфирования; номера материалов слоев в этом случае игнорируются.

Каждый слой элемента многослойной оболочки может иметь переменную толщину (ТК) при указании признака KEYOPT(2) = 1. Толщина считается би-

линейно изменяющейся по поверхности элемента и указывается в четырех угловых узлах. Если слой имеет постоянную толщину, требуется указывать только значение ТК(1). Если толщина не является постоянной, ее значения указываются во всех четырех угловых узлах. Общая толщина каждого конечного элемента оболочки должна быть меньше удвоенного радиуса крутки оболочки и меньше одной пятой радиуса кривизны оболочки.

Узлы могут располагаться на верхней, средней или нижней поверхности элемента. Выбор места расположения узлов производится при помощи признака расположения KEYOPT(ll). Данный признак может применяться, например, в случаях, когда моделируемые многослойные конструкции имеют расположение слоев, для которых расположение узлов на верхней или нижней поверхности предпочтительнее (как показано для элемента SHELL91).

Имеется также возможность создания двух элементов, имеющих одинаковые узлы, но различное значение признака KEYOPT(ll).

Выбор критериев ошибок основан на применении команды ТВ. Возможно применение от трех предварительно определенных критериев до шести, введенных пользователем при помощи подпрограмм пользователя. Критерии разрушения также могут быть определены в постпроцессоре POST1 путем применения команды FC. Все ссылки на критерии разрушения как части выходных данных элемента основаны на аргументах команды ТВ.

Список исходных данных элемента

Узлы-IJ, К, L, М, N, О, Р.

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

При KEYOPT(2) - 0 указываются следующие 12 + (3*NL) геометрические характеристики:

- NL - число слоев (максимум 250);

- LSYM - признак симметричности слоя;

- LP1 - номер первого слоя, для которого выводятся данные;

- LP2 - номер последнего слоя, для которого выводятся данные;

- EFS - жесткость упругого основания;

- ADMSUA - добавочная масса на единицу поверхности;

- (пробел) - 6 раз;

- МАТ - номер материала для слоя № 1;

- ТНЕТА - угол поворота слоя № 1;

- ТК - толщина слоя № 1;

- МАТ - номер материала для слоя № 2;

- ТНЕТА - угол поворота слоя № 2;

- ТК - толщина слоя № 2.

Значения МАТ, ТНЕТА и ТК повторяются для каждого слоя вплоть до номера NL.

- NL - число слоев (максимум 250);

- LSYM - признак симметричности слоя;

- LP1 - номер первого слоя, для которого выводятся данные;

- LP2 - номер последнего слоя, для которого выводятся .данные;

- EFS - жесткость упругого основания;

- ADMSUA - добавочная масса на единицу поверхности;

- (пробел) - 6 раз;

- МАТ - номер материала для слоя № 1;

- ТНЕТА - поворот оси X свойств материала для слоя № 1;

- ТК(1) - толщина слоя № 1 в узле I;

- TK(J) - толщина слоя № 1 в узле J;

- ТК(К) - толщина слоя № 1 в узле К;

- TK(L) - толщина слоя № 1 в узле L.

Далее указываются значения МАТ, ТНЕТД TK(I), TK(j), ТК(К) и TK(L) для каждого следующего слоя (вплоть до слоя с номером NL).

При значении KEYOPT(2) = 2 указываются следующие 79 геометрических характеристик:

- А(1) ... А(21) - коэффициенты подматрицы А

- В(1) ... В(21) коэффициенты подматрицы В;

- D(l) ... D(21) - коэффициенты подматрицы D;

- МТ(1) ... МТ(6) - коэффициенты массива МТ;

- ВТ(1) ... ВТ(6) - коэффициенты массива ВТ;

- AVDENS - средняя плотность элемента;

- THICK - средняя толщина элемента;

- EFS - жесткость упругого основания;

- ADMSUA - добавочная масса на единицу поверхности.

При значении KEYOPT(2) = 3 указываются следующие 127 геометрических характеристик:

- А(1) ... А(21) - коэффициенты подматрицы А

- В(1) ... В(21) - коэффициенты подматрицы В;

- D(l) ... D(21) - коэффициенты подматрицы D;

- Е(1) ... Е(21) - коэффициенты подматрицы Е;

- F(l) ... F(21) - коэффициенты подматрицы F;

- МТ(1) ... МТ(6) - коэффициенты массива МТ;

- ВТ(1) ... ВТ(6) - коэффициенты массива ВТ;

- QT(1) ... QT(6) - коэффициенты массива QT;

- AVDENS - средняя плотность элемента;

- THICK - средняя толщина элемента;

- EFS - жесткость упругого основания;

- ADMSUA - добавочная масса на единицу поверхности.

- А(1) ... А(6) - коэффициенты подматрицы А

- В(1) ... В(6) - коэффициенты подматрицы В;

- D(l) ... D(6) - коэффициенты подматрицы D;

- МТ(1) ... МТ(3) - коэффициенты массива МТ;

- ВТ(1) ... ВТ(3) - коэффициенты массива ВТ;

- AVDENS - средняя плотность элемента;

- THICK - средняя толщина элемента;

- EFS - жесткость упругого основания;

- ADMSUA - добавочная масса на единицу поверхности;

- (пробел);

- TRSHEAR - коэффициент поперечного сдвига.

Свойства материала: при значении KEYOPT(2) = 0 или 1 указываются следующие 13*NM геометрические характеристики, где NM - номер материала (не свыше NL материалов): EX, EY, EZ, ALPX, ALPY, ALPZ (или СТЕХ, CTEY, CTEZ или THSX, THSY, THSZ), (PRXY, PRYZ, PRXZ или NUXY, NUYZ, NUXZ), DENS, GXY, GYZ, GXZ, для каждого из NM материалов.

При значении KEYOPT(2) = 2, 3 или 4 свойства материала не указываются.

Свойства DAMP и REFT указываются только один раз для всего элемента (для указания этих свойств используется команда МАТ).

Нагрузки, прикладываемые к поверхности элемента:

- давление - грань 1 (I-J-K-L) (низ, в направлении +Z); грань 2 (I-J-K-L) (верх, 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 при KEYOPT(2) - 0 или 1;

- при KEYOPT(2) = 2, 3 или 4 не указываются.

Специальные возможности:

- изменение жесткости при приложении нагрузки;

- большие перемещения.

KEYOPT(2) - признак ввода данных:

- О - применяется постоянная толщина слоев (максимум 250 слоев);

- 1 - применяется переменная толщина слоев (максимум 125 слоев);

- 2 - применяется исходная матрица размером б х б с линейными перемещениями;

- 3 - применяется исходная матрица размером 6x6с квадратичными перемещениями;

- 4 - применяется исходная матрица размером 3 х 3 с линейными перемещениями.

KEYOPT(3) - признак вывода результатов:

- 2- - узловые усилия и моменты выводятся в системе координат элемента;

- 3 - выводятся усилия и моменты, отнесенные к единице длины (применяется только при KEYOPT(2) = 0 или 1);

- 4 - комбинация всех трех опций.

KEYOPT(4) - признак системы координат элемента:

- О - подпрограмма пользователя для определения системы координат элемента не применяется;

- 4 - ось X элемента определяется подпрограммой пользователя USERAN;

- 5 - ось X системы координат элемента определяется подпрограммой пользователя USERAN, ось X системы координат слоя определяется подпрограммой пользователя USANLY.

KEYOPT(5) - признак вывода деформаций и напряжений при применении признака KEYOPT(6):

- О - выводятся расчетные деформации;

- 1 - выводятся расчетные напряжения;

- 2 - выводятся расчетные деформации и напряжения.

KEYOPT(6) - признак управления выводом результатов (применяется только при вводе слоев):

- О - базовая форма вывода результатов, а также сводка максимумов из значений критериев разрушения;

- 1 - то же, что и 0, дополнительно выводятся сводка из всех значений критериев разрушения и сводка касательных напряжений на границах слоев;

- 2 - то же, что и 1, дополнительно выводятся результаты для слоев в точках интегрирования на нижнем слое (или слое LP1) и на верхнем слое (или слое LP2);

- 3 - то же, что и 1, дополнительно выводятся результаты для слоев в центрах тяжести всех слоев и значения касательных напряжений на границах слоев;

- 4 - то же, что и 1, дополнительно выводятся результаты для слоев в угловых узлах всех слоев и значения касательных напряжений на границах слоев;

- 5 - то же, что и 1, дополнительно выводятся значения критериев разрушения в точках интегрирования всех слоев и значения касательных напряжений на границах слоев.

Примечание. При вводе информации в матричном виде напряжения, температурные деформации и критерии разрушения не применяются. KEYOPT(8) - признак сохранения данных слоев:

- О - сохраняются данные для нижней грани нижнего слоя (или слоя LP1) и верхней грани верхнего слоя (или слоя LP2), дополнительно сохраняются данные о максимальном значении критериев разрушения в слое;

- 1 - сохраняются данные для всех слоев.

KEYOPT(9) - признак указания мест вычисления деформаций, напряжений и значений критериев разрушения. Применяется только при KEYOPT(2) = 0 или 1 при NL > 1:

- 0 - деформации и напряжения определяются на верхней и нижней гранях каждого слоя;

- 1 - деформации и напряжения определяются в средней поверхности каждого слоя.

KEYOPT(IO) - признак вывода матрицы свойств материала:

- 0 - матрица свойств материала не выводится;

- 1 - матрица свойств материала для элемента SHELL99 выводится в интегральной форме по толщине;

- 2 - то же, что 1, за исключением случая KEYOPT(2) = 0 или 1, когда дополнительно матрица записывается командой RMODIF для использования с KEYOPT(2) - 2;

- 3 - то же, что 1, за исключением случая KEYOPT(2) = 0 или 1, когда дополнительно матрица записывается командой RMODIF для использования с KEYOPT(2) = 3.

KEYOPT(ll) - признак геометрического сдвига узлов:

- 0 - узлы располагаются на средней поверхности элемента;

- 1- узлы располагаются на нижней поверхности элемента;

- 2 - узлы располагаются на верхней поверхности элемента.

Расчетные данные элемента

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

- узловые1 объекты, такие как узловые перемещения, включены в полное узловое решение;

- дополнительные элементные объекты, перечисленные в табл. 2.53.

Направления элементных напряжений соответствуют направлениям осей системы координат слоев.

Возможны разные формы вывода результатов. При выводе результатов в точках интегрирования точка 1 расположена ближе всего к узлу I, точка 2 - к узлу J, точка 3 - к узлу К и точка 4 - к узлу L. Критерии разрушения вычисляются только в плоскости, содержащей точки интегрирования. После вывода результатов для слоя при KEYOPT(3) = 3 или 4 в результаты заносятся значения усилий, действующих в плоскости элемента, и моменты. Выходная информация включает момент вокруг ребра X (MX), момент вокруг ребра Y (MY) и крутящий момент (MXY). Усилия и моменты определяются для единичной длины в системе координат элемента и складываются по всем слоям элемента. При значении для данного элемента признака KEYOPT(3) = 2 или 4 в каждом узле выводятся шесть компонентов сил и моментов (в системе координат элемента). Признак KEYOPT(8) предназначен для контроля количества выходной информации в файле результатов для просмотра в постпроцессоре при помощи команд LAYER или LAYERP26.