Powierzchnie

Powierzchnie służą do opisu geometrii płaskich lub zakrzywionych elementów konstrukcyjnych, których wymiary powierzchniowe są znacznie większe niż ich 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 środkowej płaszczyźnie powierzchni.

Do zdefiniowania powierzchni można użyć istniejących 'linii ograniczających'. Można również skorzystać z wprowadzania bezpośredniego, w którym program automatycznie generuje linie definiujące.

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

Typ sztywności

Typ sztywności określa sposób przenoszenia sił wewnętrznych lub właściwości zakładane dla powierzchni.

Na liście dostępne są różne typy sztywności.

Standardowa

Powierzchnia przenosi momenty i siły membranowe. To podejście opisuje ogólne zachowanie jednorodnego i izotropowego modelu powierzchniowego. Właściwości sztywnościowe powierzchni są niezależne od kierunku.

Bez grubości

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

Sztywna

Ten typ sztywności umożliwia 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 nie są brane pod uwagę.

Membrana bez rozciągania

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

Przenoszenie obciążenia

Ten typ umożliwia nakładanie obciążeń powierzchniowych na obszary, które nie są wypełnione powierzchniami, takie jak obciążenie wiatrem na okna lub pręty hali. Obciążenie tej powierzchni jest rozkładane na krawędzie lub zintegrowane obiekty. Jeśli generowane są obciążenia prętów, obciążenie jest przeliczane w kierunkach globalnych na rzeczywiste długości prętów (kierunki obciążenia X_L, Y_L, Z_L). Sama powierzchnia nie ma sztywności.

Kryteria przenoszenia obciążenia można zdefiniować w zakładce Przenoszenie obciążenia.

'Kierunek przenoszenia obciążenia' opisuje, w którym kierunku (kierunkach) obciążenie ma być przyłożone do obiektów. Lista oferuje opcje rozkładu izotropowego na podstawie obliczeń MES oraz rozkładu ortotropowego w pasmach powierzchni, które są wykorzystywane do określania szerokości strefy oddziaływania obciążenia w jednej lub obu lokalnych osiach powierzchni.

W przypadku opcji 'Izotropowy | MES' program RFEM wykorzystuje oddzielny model częściowy do określenia rozkładu obciążenia, w którym powierzchnia jest odwzorowywana przez sztywny element powierzchniowy. Wszystkie obiekty zintegrowane z powierzchnią (pręty, podpory liniowe i węzłowe, linie połączone z elementami modelu, łączniki lub węzły itp.) są zastępowane przez sztywne linie lub sztywne podpory węzłowe. Reakcje z tego modelu częściowego są następnie wykorzystywane jako obciążenia do obliczeń 3D w programie RFEM. Jeśli określone obiekty nie powinny przenosić obciążeń, można je określić w sekcji 'Brak wpływu na'.

W przypadku przenoszenia obciążenia za pomocą pasm powierzchni można określić, w jaki sposób program RFEM ma przeprowadzić 'Rozkład obciążenia'. Domyślnie obciążenie jest rozkładane na sąsiednie obiekty ze zmiennym przebiegiem. Jeśli jednak chcemy uzyskać stały przebieg obciążenia, należy wybrać odpowiednią pozycję z listy. Różnicę między dwoma wariantami przedstawiono na poniższym rysunku.

Opcje wprowadzania 'Szerokość pasma powierzchni', 'Współczynnik wygładzania' i 'Minimalna liczba pasm na powierzchni' są dostępne, gdy w sekcji 'Opcje' aktywowane jest pole wyboru Zaawansowane ustawienia rozkładu. Dostosowania są konieczne tylko w przypadku problematycznych rozkładów obciążenia. Działanie tych parametrów wyjaśniono na przykładzie w artykule technicznym Zaawansowane ustawienia rozkładu dla powierzchni przenoszenia obciążenia.

Dla powierzchni przenoszenia obciążenia można również zdefiniować 'Ciężar powierzchniowy', aby na przykład uwzględnić ciężar własny oszklenia.

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

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

W przypadku przenoszenia obciążenia za pomocą pasm powierzchni można uwzględnić 'Mimośród pręta' lub 'Rozkład w przekroju', aby poprawnie oddać geometryczne położenie pręta lub jego przebieg (patrz rozdział Przekrój). Pole wyboru 'Pomiń równowagę momentów' nie jest domyślnie aktywowane. W ten sposób moment z obciążeń powierzchniowych jest generowany w środku ciężkości i równoważony z momentem pochodzącym z obciążeń prętów w środku ciężkości. Ta opcja nie ma jednak znaczenia dla obciążeń węzłowych. Poniższy rysunek pokazuje, jak swobodne obciążenie liniowe jest rozkładane na przeciwległe pręty z i bez uwzględnienia równowagi momentów.

Powierzchnia wynikowa

Ten typ sztywności umożliwia przekształcenie naprężeń i sił z innych obiektów na siły wewnętrzne w powierzchni za pomocą procedury całkowania. Można w ten sposób na przykład wyznaczyć naprężenia membranowe lub zginające bryły i uwzględnić je wraz ze specyficznymi częściowymi współczynnikami bezpieczeństwa w wymiarowaniu powierzchni.

Dalsze kryteria całkowania wyników można zdefiniować w zakładce Powierzchnia wynikowa.

W sekcji 'Całkuj naprężenia i siły' należy wybrać, czy wyniki mają być rejestrowane tylko w odniesieniu do obiektów, czy również geometrycznie w obrębie pewnego obszaru. W sekcji 'Uwzględnij obiekty' należy określić odpowiednie powierzchnie i bryły. Alternatywnie można wybrać 'Wszystkie' obiekty, a następnie wykluczyć konkretne elementy w sekcji 'Wykluczone z obiektów inkluzywnych'.

Jeśli mają być całkowane wyniki z określonego obszaru "poniżej" i "powyżej" powierzchni, odpowiednie odległości można zdefiniować w sekcji 'Parametry'. Są one odnoszone 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. Różne kształty powierzchni płaskich są dostępne za pomocą przycisku listy.

Można zdefiniować powierzchnię (po OK w oknie dialogowym) graficznie, rysując prostokąt, okrąg itp. Jeśli wybieramy ich 'Granicę', program RFEM automatycznie rozpoznaje powierzchnię, gdy tylko określona zostanie wystarczająca liczba linii ograniczających.

Quadrangel (CZ)

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

W oknie dialogowym 'Nowa powierzchnia' należy określić linie ograniczające powierzchni Quadrangel. Jeśli zamknięta powierzchnia nie może być utworzona przez cztery linie, dopuszczalne są również więcej niż cztery linie. W zakładce 'Quadrangel' podawane są wtedy cztery węzły narożne. Określają one sposób rozpięcia zakrzywionej powierzchni.

NURBS

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

W oknie dialogowym 'Nowa powierzchnia' należy określić linie ograniczające powierzchni NURBS. Pary przeciwległych sobie linii NURBS muszą mieć taką 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 podawane są w sekcji 'Współrzędne - Punkt kontrolny'.

Przycięta

Jeśli powierzchnie się przenikają, można szybko wygenerować przenikanie: Wybierz powierzchnie, a następnie otwórz menu kontekstowe. Do wyboru jest kilka możliwości.

Opcja 'Utwórz przenikanie' generuje tylko linię przecięcia. Po wybraniu jednej z opcji 'Podziel przez przenikanie', program RFEM tworzy powierzchnie częściowe i przypisuje im typ 'Przycięta'. Następnie można usunąć komponenty, aby na przykład usunąć wystające powierzchnie.

Rotacja

Powierzchnia rotacyjna powstaje, gdy istniejąca linia jest obracana wokół osi. Program RFEM tworzy powierzchnię z węzłów początkowych i końcowych oraz obróconych punktów definicyjnych linii. Generowane są przy tym nowe linie.

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

Rura

Powierzchnia rurowa powstaje, gdy linia środkowa rury jest obracana w promieniu wokół tej osi. Generowane są przy tym 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. Podać numer linii środkowej lub wybrać oś rury graficznie za pomocą przycisku .

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

Splajn o minimalnej krzywiźnie

Ten typ geometrii umożliwia tworzenie zakrzywionej powierzchni za pomocą węzłów sterujących, które leżą na powierzchni lub poza nią. W ten sposób można na przykład modelować powierzchnie terenu.

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

Grubość z materiałem

Z listy istniejących grubości należy wybrać odpowiedni typ lub zdefiniować nową grubość (patrz rozdział Grubości).

Materiał grubości

Materiał grubości określonej 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 zostanie wówczas przypisany do typu grubości.

Przeguby

Za pomocą przegubu można kontrolować przenoszenie sił wewnętrznych wzdłuż linii powierzchni (patrz rozdział Przeguby liniowe. Po zaznaczeniu pola wyboru można zdefiniować typ przegubu w zakładce 'Przeguby'.

Podpora

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

Zwolnienie

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

Mimośród

Mimośród umożliwia zamodelowanie przesunięcia wysokościowego całej powierzchni (patrz rozdział Mimośrody powierzchni). Typ przesunięcia można zdefiniować w zakładce 'Mimośród'.

Współczynnik rozkładu obciążenia

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

Obciążone obiekty powierzchni przenoszenia obciążenia są domyślnie wyszczególnione w wierszu. Każdemu obiektowi przypisany jest współczynnik 1.00, tak więc wszystkie obiekty mają równomierny udział w przenoszeniu obciążenia. Jeśli wymagany jest specyficzny rozkład, klikamy w następne wolne pole wiersza i wybieramy linię lub pręt. Następnie przypisujemy odpowiedni 'Współczynnik rozkładu'.

Zagęszczenie siatki

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

Osie specyficzne

Każda powierzchnia ma lokalny układ współrzędnych. Zazwyczaj jest on orientowany równolegle do osi globalnych. Układ współrzędnych można jednak również zdefiniować w sposób niestandardowy – oddzielnie dla wprowadzania i wyników.

Osie wejściowe

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

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

• Obrót o kąt: 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 zdefiniowanego przez użytkownika układu współrzędnych

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 jest możliwa tylko jako 'Identyczne z osiami wejściowymi'.

Raster dla wyników

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

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

Jeśli w sekcji 'Opcje' zaznaczone jest pole wyboru 'Dostosuj automatycznie', punkty rastra są dostosowywane do nowej geometrii przy zmianie powierzchni.

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

Obiekty zintegrowane

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

Numery węzłów, linii i otworów należących do powierzchni są podane w sekcji 'Obiekty zintegrowane w powierzchni'.

Jeśli obiekt nie został rozpoznany, należy zintegrować go ręcznie: Dezaktywujemy Automatyczne rozpoznawanie obiektów. Pola wejściowe w sekcji 'Obiekty zintegrowane w powierzchni' są teraz dostępne. Uzupełniamy brakujący numer obiektu lub używamy przycisku , aby określić obiekt graficznie.

Aktywuj przenoszenie obciążenia

Pole wyboru umożliwia rozłożenie obciążenia powierzchni – niezależnie od jej typu sztywności – za pomocą powierzchni przenoszenia obciążenia. W ten sposób powierzchnia działa w modelu ze swoją sztywnością. Rozkład obciążenia na sąsiednie obiekty jest natomiast kontrolowany za pomocą parametrów, które można zdefiniować w zakładce Przenoszenie obciążenia. Ta funkcja jest istotna przede wszystkim dla powierzchni typu grubości Panel szkieletowy.

Dezaktywuj do obliczeń

Pole wyboru umożliwia pominięcie powierzchni w obliczeniach, na przykład w celu zasymulowania faz budowy lub przeanalizowania wariantu modelowania. Sztywność, warunki brzegowe i obciążenia powierzchni nie są w tym przypadku uwzględniane.

Informacje | Analityczne

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