Powierzchnie

Powierzchniami opisuje się geometrię płaskich lub zakrzywionych elementów, których wymiary powierzchniowe są znacznie większe niż grubości. Sztywność powierzchni wynika z jej materiału i grubości. Podczas generowania siatki ES na powierzchniach tworzone są elementy 2D. Są one uwzględniane w obliczeniach w osi ciężkości powierzchni.

Do wprowadzenia powierzchni można użyć istniejących 'Linii ograniczających'. Można również użyć wprowadzania bezpośredniego, w którym program automatycznie tworzy linie definiujące.

Zakładka Podstawowe zarządza podstawowymi parametrami powierzchni. Zaznaczenie pól wyboru dodaje kolejne zakładki, w których można wprowadzić szczegółowe dane.

Typ sztywności

Typ sztywności steruje sposobem przejmowania sił wewnętrznych lub właściwościami zakładanymi dla powierzchni.

Na liście dostępne są różne typy sztywności.

Standardowa

Powierzchnia przenosi momenty i siły membranowe. Podejście to opisuje ogólne zachowanie jednorodnego i izotropowego modelu powierzchni. Właściwości sztywności powierzchni są niezależne od kierunku.

Bez grubości

Powierzchnia nie ma sztywności. Ten typ należy stosować dla powierzchni ograniczających bryłę.

Sztywna

Ten typ sztywności pozwala na odwzorowanie bardzo sztywnych powierzchni w celu zamodelowania sztywnego połączenia między obiektami.

Membrana

Powierzchnia wykazuje jednakową sztywność we wszystkich kierunkach. Przenoszone są jednak tylko siły membranowe w stanie rozciągania (n_x, n_y) oraz membranowe siły tnące (n_xy). W przypadku sił ściskających, sił poprzecznych i momentów, odpowiednie elementy powierzchniowe ulegają zniszczeniu.

Membrana bez rozciągania

Przenoszone są tylko momenty i siły membranowe w stanie ściskania. W przypadku sił membranowych powodujących rozciąganie następuje zniszczenie odpowiednich elementów powierzchniowych (przykład: docisk otworu).

Przenoszenie obciążenia

Typ ten umożliwia przykładanie obciążeń powierzchniowych na obszary, które nie są wypełnione powierzchniami, jak na przykład obciążenia wiatrem okien lub pręty hali. Obciążenie z tej powierzchni jest rozkładane na krawędzie lub zintegrowane obiekty. Jeśli generowane są obciążenia prętowe, obciążenie jest przeliczane w kierunkach globalnych w odniesieniu do rzeczywistych długości prętów (kierunki obciążenia X_L, Y_L, Z_L). Sama powierzchnia nie ma sztywności.

Kryteria przenoszenia obciążenia można określić w zakładce Przenoszenie obciążenia.

'Kierunek przenoszenia obciążenia' opisuje, w jakim kierunku (kierunkach) obciążenie ma być przyłożone do obiektów. Lista oferuje opcje wyboru dla rozkładu izotropowego na podstawie obliczeń MES oraz dla układu ortotropowego na pasy powierzchni, które są stosowane do określenia szerokości odciążenia w jednej lub obu lokalnych osiach powierzchni.

W przypadku opcji 'Izotropowy | MES' RFEM używa do określenia rozkładu obciążenia oddzielnego modelu częściowego, w którym powierzchnia jest odwzorowana przez sztywny element powierzchniowy. Wszystkie obiekty zintegrowane z powierzchnią (pręty, podpory liniowe i węzłowe, linie połączone z elementami modelu, sprzężenia lub węzły itp.) są zastępowane przez sztywne linie lub sztywne podpory węzłowe. Reakcje tego modelu częściowego są następnie przykładane jako obciążenia do obliczeń 3D w RFEM. Jeśli określone obiekty nie mają przenosić obciążeń, można je podać w sekcji 'Bez wpływu na'.

W przypadku przenoszenia obciążenia przez pasy powierzchni można określić, w jaki sposób RFEM ma przeprowadzić 'Rozkład obciążenia'. Domyślnie obciążenie jest rozkładane na przyległe obiekty ze zmiennym przebiegiem. Jeśli jednak chcemy uzyskać stały rozkład obciążenia, należy wybrać odpowiedni wpis z listy. Różnica między tymi dwoma wariantami jest przedstawiona na poniższym rysunku.

Opcje wprowadzania dla 'Szerokości pasa powierzchni', 'Współczynnika wygładzania' i 'Minimalnej liczby pasów na powierzchni' są dostępne, gdy w sekcji 'Opcje' aktywowane jest pole wyboru Zaawansowane ustawienia rozkładu. Dostosowania są wymagane tylko w przypadku problematycznych rozkładów obciążenia. Działanie tych parametrów objaśniono na przykładzie w artykule technicznym Zaawansowane ustawienia rozkładu dla powierzchni przenoszących obciążenia.

Dla powierzchni przenoszącej obciążenie można również zdefiniować 'Ciężar powierzchni', aby uwzględnić na przykład ciężar własny przeszklenia.

W sekcji 'Bez wpływu na' można wykluczyć pręty, linie i węzły z przenoszenia obciążenia (na przykład stężenia). Obiekty można zdefiniować pojedynczo lub wybrać obiekt wzorcowy, który jest równoległy do prętów lub linii nieprzenoszących obciążenia.

Po zdefiniowaniu linii ograniczających powierzchni, obciążone pręty, linie i węzły są wyświetlane w sekcji 'Obciążone obiekty'. Jeśli wymagany jest specyficzny rozkład obciążenia, w zakładce 'Podstawowe' należy zaznaczyć pole wyboru Współczynnik rozkładu obciążenia. Następnie można indywidualnie zdefiniować współczynniki dla obiektów przenoszących obciążenia w zakładce Współczynniki rozkładu obciążenia.

W przypadku przenoszenia obciążenia przez pasy powierzchni można uwzględnić 'Mimośród pręta' lub 'Rozkład przekroju', aby poprawnie uchwycić geometryczne położenie pręta lub jego przebieg (patrz rozdział Przekrój). Domyślnie pole wyboru 'Pomiń równowagę momentów' nie jest aktywowane. W ten sposób tworzony jest moment z obciążeń powierzchniowych względem środka ciężkości i porównywany z momentem z obciążeń prętowych względem środka ciężkości. Opcja ta nie ma jednak znaczenia dla obciążeń węzłowych. Poniższy rysunek pokazuje, jak swobodne obciążenie liniowe jest rozkładane na przeciwległe pręty z uwzględnieniem i bez uwzględnienia równowagi momentów.

Powierzchnia wyników

Ten typ sztywności umożliwia przekształcenie naprężeń i sił z innych obiektów na siły wewnętrzne w powierzchni za pomocą metody całkowania. Pozwala to na przykład określić naprężenia membranowe i zginające w bryle, które należy wymiarować z różnymi częściowymi współczynnikami bezpieczeństwa.

Dalsze kryteria dotyczące całkowania wyników można określić w zakładce Powierzchnia wyników.

W sekcji 'Całkuj naprężenia i siły' wybierz, czy wyniki mają być rejestrowane wyłącznie w odniesieniu do obiektów, czy również geometrycznie w obrębie obszaru. W sekcji 'Uwzględnij obiekty' określ odpowiednie powierzchnie i bryły. Alternatywnie wybierz 'Wszystkie' obiekty, a następnie wyklucz określone elementy w sekcji 'Wyłączone z obiektów uwzględnionych'.

Jeśli wyniki określonego obszaru "poniżej" i "powyżej" powierzchni mają być całkowane, można zdefiniować odpowiednie odległości w sekcji 'Parametry'. Są one odniesione do lokalnej osi z prostopadłej do płaszczyzny powierzchni.

Typ geometrii

Typ geometrii opisuje formalną koncepcję powierzchni. Na liście dostępne są różne typy.

Płaszczyzna

W przypadku powierzchni płaskiej wszystkie linie ograniczające leżą w jednej płaszczyźnie. Za pomocą przycisku listy dostępne są różne kształty płaskich powierzchni.

Powierzchnię można zdefiniować graficznie (po kliknięciu OK w oknie dialogowym) poprzez rozciągnięcie prostokąta, koła itp. W przypadku wyboru 'Wybierz ograniczenie', RFEM automatycznie rozpoznaje powierzchnię, gdy tylko zostanie określona wystarczająca liczba linii ograniczających.

Quadrangel

Ten typ powierzchni opisuje w swojej podstawowej formie ogólną powierzchnię czteroboczną. Jako linie ograniczające możliwe są linie proste, łuki, polilinie i splajny. Pozwala to na modelowanie zakrzywionych powierzchni.

W oknie dialogowym 'Nowa powierzchnia' należy zdefiniować linie ograniczające powierzchni Quadrangel. Jeśli zamknięta powierzchnia nie może być utworzona przez cztery linie, dopuszczalne są również więcej niż cztery linie. W zakładce 'Quadrangel' podaje się następnie cztery węzły narożne. Sterują one sposobem rozpięcia zakrzywionej powierzchni.

NURBS

Powierzchnie NURBS tworzone są z czterech zamkniętych linii NURBS (patrz rozdział Linie). Umożliwia to modelowanie prawie dowolnych powierzchni swobodnych.

W oknie dialogowym 'Nowa powierzchnia' należy zdefiniować linie ograniczające powierzchni NURBS. Pary przeciwległych linii NURBS muszą mieć tę samą liczbę punktów kontrolnych, aby rząd tych linii NURBS był "kompatybilny". W zakładce 'NURBS' można następnie wpływać na kształt powierzchni za pomocą 'Wag punktów kontrolnych'. Współrzędne wybranego punktu kontrolnego są podawane w sekcji 'Współrzędne - Punkt kontrolny'.

Przycięta

Jeśli powierzchnie się przenikają, można szybko utworzyć przecięcie: Wybierz powierzchnie, a następnie wywołaj menu kontekstowe. Dostępnych jest kilka opcji.

Opcja 'Utwórz przecięcie' generuje tylko linię przecięcia. W przypadku wybrania jednej z opcji 'Podziel za pomocą przecięcia', RFEM tworzy powierzchnie częściowe i przypisuje im typ 'Przycięta'. Następnie można usuwać komponenty, na przykład jeśli chce się usunąć wystające powierzchnie.

Rotacja

Powierzchnia obrotowa powstaje, gdy istniejąca linia zostanie obrócona wokół osi. RFEM tworzy powierzchnię z węzłów początkowego i końcowego oraz obróconych punktów definicyjnych linii. Przy tym generowane są nowe linie.

W zakładce 'Rotacja' należy zdefiniować linię ograniczającą powierzchni, która ma zostać obrócona. Należy podać kąt obrotu α. Punkty osi obrotu można określić za pomocą współrzędnych lub graficznie za pomocą przycisku .

Rura

Powierzchnia rurowa powstaje, gdy linia środkowa rury zostanie obrócona w promieniu wokół tej osi. Przy tym generowane są nowe linie: dwa okręgi i polilinia równoległa do osi rury.

W zakładce 'Rura' należy określić promień rury. Wartość ta opisuje odległość od osi rury do środka powierzchni. Należy podać numer linii środkowej lub wybrać oś rury graficznie za pomocą przycisku .

Jeśli przekrój rurowy jest stożkowy, należy aktywować pole wyboru 'Różny promień na końcu' i podać odpowiednią wartość.

Splajn o minimalnej krzywiźnie

Za pomocą tego typu geometrii można utworzyć zakrzywioną powierzchnię poprzez węzły sterujące, które leżą na powierzchni lub poza nią. Pozwala to na przykład modelować powierzchnie terenu.

Należy zdefiniować 'Układ współrzędnych' płaszczyzny odniesienia i podać 'Współrzędne próbki w układzie współrzędnych'. Punkty te reprezentują węzły sterujące powierzchni splajnu. Następnie należy zdefiniować 'Linie ograniczające płaszczyzny odniesienia' lub wybrać linie graficznie za pomocą przycisku .

Grubość z materiałem

Wybierz odpowiedni typ z listy istniejących grubości lub zdefiniuj nową grubość (patrz rozdział Grubości).

Materiał grubości

Materiał grubości zdefiniowanej w powyższej sekcji jest ustawiony domyślnie. W razie potrzeby można wybrać inny materiał z listy już utworzonych materiałów lub zdefiniować nowy (patrz rozdział Materiały). Materiał ten jest następnie przypisywany do typu grubości.

Przeguby

Za pomocą przegubu można sterować przenoszeniem sił wewnętrznych wzdłuż linii powierzchni (patrz rozdział Przeguby liniowe). Po zaznaczeniu pola wyboru można określić typ przegubu w zakładce 'Przeguby'.

Podpory

Jeśli powierzchnia jest sprężyście podparta, w zakładce 'Podpory' można wybrać lub zdefiniować nową podporę powierzchniową (patrz rozdział Podpory powierzchniowe).

Zwolnienie

Aby odsprzęgnąć model na powierzchni, można wybrać lub zdefiniować nowe zwolnienie powierzchniowe w zakładce 'Zwolnienie' (patrz rozdział Zwolnienia powierzchniowe).

Mimośród

Za pomocą mimośrodu można zamodelować przesunięcie wysokości całej powierzchni (patrz rozdział Mimośrody powierzchni). Typ przesunięcia można określić w zakładce 'Mimośród'.

Współczynnik rozkładu obciążenia

Dla powierzchni typu Przenoszenie obciążenia istnieje możliwość zdefiniowania współczynników rozkładu dla obiektów przenoszących obciążenia. Po zaznaczeniu pola wyboru można indywidualnie przypisać te współczynniki w nowej zakładce.

Obciążone obiekty powierzchni przenoszącej obciążenia są wstępnie ustawione w jednym wierszu. Każdemu obiektowi przypisany jest współczynnik 1.00, dzięki czemu wszystkie obiekty mają równomierny udział w przenoszeniu obciążenia. Jeśli wymagany jest specyficzny rozkład, należy kliknąć w następny wolny wiersz i wybrać linię lub pręt. Następnie przypisz odpowiedni 'Współczynnik rozkładu'.

Zagęszczenie siatki

Rozmiar oczka siatki ES można dostosować do geometrii powierzchni (patrz rozdział Zagęszczenia siatki powierzchni). Jest on wtedy niezależny od ogólnych ustawień siatki. W zakładce 'Zagęszczenie siatki' można wybrać lub zdefiniować nowe zagęszczenie siatki powierzchni.

Specyficzne osie

Każda powierzchnia ma lokalny układ współrzędnych. Zazwyczaj jest on zorientowany równolegle do osi globalnych. Układ współrzędnych można jednak również zdefiniować przez użytkownika – oddzielnie dla wprowadzania i wyników.

Osie wprowadzania

Orientacja osi wprowadzania ma znaczenie na przykład dla właściwości ortotropii i podłoża lub działania obciążenia powierzchniowego.

Lista w sekcji 'Kategoria' oferuje różne możliwości dostosowania położenia osi:

• Obrót kątowy: Obrót osi xy powierzchni wokół osi z o kąt α
• Oś równoległa do linii: Wyrównanie osi x lub y do linii
• Oś skierowana do punktu: Wyrównanie osi x lub y do punktu przecięcia linii z powierzchnią
• Oś równoległa do układu współrzędnych: Wyrównanie osi do układu współrzędnych zdefiniowanego przez użytkownika

Obiekty odniesienia można określić graficznie za pomocą przycisku .

Pole wyboru 'Odwróć lokalną oś z' umożliwia przeciwne zorientowanie osi z i y.

Osie wyników

Obecnie orientacja osi wyników możliwa jest tylko jako 'Identyczna z osiami wprowadzania'.

Raster dla wyników

Każda powierzchnia jest pokryta rastrem, który jest używany do wyświetlania wyników w tabelach. Umożliwia on wyświetlanie wyników niezależnie od siatki ES w regularnych, regulowanych punktach siatki.

Domyślnie ustawiony jest kartezjański raster powierzchni z równomiernym odstępem punktów siatki wynoszącym 0,5 m w obu kierunkach. W razie potrzeby można tutaj dostosować 'Odstępy rastra' w kierunku x (b) i y (h), dokonać 'Obrotu rastra' lub zmienić 'Początek rastra'. Dla powierzchni kołowych typ rastra 'Polarny' stanowi alternatywę dla numerycznego wyświetlania wyników.

Jeśli w sekcji 'Opcje' zaznaczone jest pole wyboru 'Dostosuj automatycznie', punkty siatki są dopasowywane do nowej geometrii podczas zmiany powierzchni.

W sekcji 'Punkty' można sprawdzić współrzędne wygenerowanych punktów siatki. Zmiany w tabeli nie są możliwe.

Zintegrowane obiekty

RFEM zazwyczaj automatycznie rozpoznaje wszystkie obiekty, które leżą w powierzchni, ale nie zostały użyte do jej definicji.

Numery węzłów, linii i otworów należących do powierzchni są podane w sekcji 'Zintegrowane obiekty w powierzchni'.

Jeśli obiekt nie zostanie rozpoznany, należy go zintegrować ręcznie: Wyłącz Automatyczne rozpoznawanie obiektów. Pola wprowadzania w sekcji 'Zintegrowane obiekty w powierzchni' są teraz dostępne. Uzupełnij brakujący numer obiektu lub użyj przycisku , aby określić obiekt graficznie.

Aktywuj przenoszenie obciążenia

Pole wyboru umożliwia rozłożenie obciążenia powierzchni – niezależnie od jej typu sztywności – za pomocą powierzchni przenoszącej obciążenie. W ten sposób powierzchnia działa w modelu poprzez swoją sztywność. Rozkład obciążenia na sąsiednie obiekty jest natomiast sterowany za pomocą parametrów, które można określić w zakładce Przenoszenie obciążenia. Funkcja ta jest istotna przede wszystkim dla powierzchni typu grubości Panel szkieletowy.

Dezaktywuj do obliczeń

Pole wyboru daje możliwość nieuwzględniania powierzchni w obliczeniach, na przykład w celu symulacji stanów budowy lub zbadania wariantu modelowania. Sztywność, warunki brzegowe i obciążenia powierzchni nie są w tym przypadku stosowane.

Informacje | Analityczne

Ta sekcja jest wyświetlana po zdefiniowaniu linii ograniczających powierzchni. Zawiera przegląd ważnych właściwości powierzchni, takich jak pole powierzchni, objętość i masa, a także położenie środka ciężkości powierzchni i orientacja powierzchni. Otwory są odpowiednio uwzględnione.