Powierzchnie

Za pomocą powierzchni 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 elementów skończonych na powierzchniach tworzone są elementy 2D. Są one uwzględniane przy obliczeniach na osi ciężkości powierzchni.

Do wprowadzenia powierzchni można użyć istniejących 'linii granicznych'. Można również skorzystać z bezpośredniego wprowadzania, przy czym program automatycznie generuje linie definiujące.

Karta Podstawowe zarządza podstawowymi parametrami powierzchni. Zaznaczenie pól kontrolnych dodaje nowe karty, w których można wprowadzać szczegółowe dane.

Typ sztywności

Typ sztywności określa, w jaki sposób mogą być przyjmowane siły wewnętrzne albo jakie właściwości są założone dla powierzchni.

Lista oferuje do wyboru różne typy sztywności.

Standardowy

Powierzchnia przenosi momenty i siły błonowe. To podejście opisuje ogólne zachowanie homogenicznego i izotropowego modelu powierzchniowego. Właściwości sztywności powierzchni są niezależne od kierunku.

Bez grubości

Powierzchnia nie posiada sztywności. Ten typ ma zastosowanie do powierzchni ograniczających bryłę.

Sztywny

Dzięki temu typowi sztywności można modelować bardzo sztywne powierzchnie w celu utworzenia sztywnego połączenia pomiędzy obiektami.

Błonowa

Powierzchnia ma równomierną sztywność we wszystkich kierunkach. Przenoszone są jednak tylko siły błonowe w stanie rozciągania (n_x, n_y) oraz siły ścinające błony (n_xy). Przy siłach ściskających i poprzecznych oraz momentach, podległe elementy powierzchni ulegają awarii.

Błonowa bezzakresowa

Przenoszone są tylko momenty i siły błonowe w stanie ściskania. Przy siłach błonowych powodujących rozciąganie występuje awaria podległych elementów powierzchni (przykład: wytrzymałość na przebicie).

Przenoszenie obciążenia

Za pomocą tego typu można nakładać obciążenia powierzchniowe na obszary, które nie są wypełnione powierzchniami, takie jak naprzykład obciążenia wiatrem na okna lub pręty hali. Obciążenie tej powierzchni jest rozdzielane na krawędzie lub zintegrowane obiekty. W przypadku generowania obciążeń prętowych, obciążenie przeliczane jest na kierunki globalne w odniesieniu do rzeczywistych długości prętów (kierunki obciążenia X_L, Y_L, Z_L). Sama powierzchnia nie posiada sztywności.

Kryteria przeniesienia obciążenia można określić na nowej karcie.

'Kierunek przenoszenia obciążenia' opisuje, w jakim kierunku(-ach) obciążenie powinno być przenoszone na obiekty. Lista oferuje możliwości wyboru dla izotropowego rozkładu na podstawie obliczeń MES oraz dla ortotropowego układu na pasach powierzchni, używanych do określenia szerokości pasa obciążenia w jednej lub obu lokalnych osiach powierzchni.

W opcji 'Izotropowy | FEM' RFEM używa osobnego modelu częściowego do określenia rozkładu obciążenia, w którym powierzchnia jest modelowana przez sztywne elementy powierzchniowe. Wszystkie obiekty zintegrowane w powierzchni (pręty, podpórki liniowe i węzłowe, linie związane z elementami modelu, sprzężenia lub węzły itp.) są zastępowane sztywnymi liniami lub sztywnymi podporami węzłowymi. Reakcje tego modelu częściowego są następnie stosowane jako obciążenia dla obliczeń 3D RFEM. Jeśli określone obiekty nie powinny przenosić obciążeń, można je określić w sekcji 'Bez wpływu na'.

Podczas przenoszenia obciążeń na pasy powierzchni można określić, jak RFEM powinien przeprowadzać 'rozłożenie obciążenia'. Z domyślnie obciążenie jest rozkładane na przylegające obiekty z zmiennym rozkładem. Jednakże, jeśli chce się osiągnąć stały rozkład obciążenia, należy wybrać odpowiedni wpis na liście. Różnica między tymi dwiema wariantami jest pokazana na poniższym zdjęciu.

Możliwości wprowadzania dla 'szerokości pasa powierzchniowego', 'współczynnika wygładzania' i 'minimalnej liczby pasów na powierzchni' są dostępne, gdy w sekcji 'Opcje' zaznaczone jest pole kontrolne Zaawansowane ustawienia rozkładu. Dostosowania są wymagane tylko w przypadku problematycznych rozkładów obciążeń. Działanie tych parametrów zostało omówione na przykładzie w artykule specjalistycznym Rozszerzone ustawienia rozkładu dla powierzchni przenoszących obciążenie.

Dla powierzchni przenoszącej obciążenie można również określić 'ciężar powierzchni', żeby uwzględnić na przykład własny ciężar przeszklenia.

W sekcji 'Bez wpływu na' można wykluczyć pręty, linie i węzły z przenoszenia obciążenia (na przykład związki). Ustal się obiekty indywidualnie lub wybierz obiekt wzorcowy, który jest równoległy do nieobciążonych prętów lub linii.

Gdy zdefiniowano linie graniczne powierzchni, w sekcji 'Obiekty obciążone' wskazywane są obciążone pręty, linie i węzły. Jeśli chce się określić specyficzny rozkład obciążenia, należy zaznaczyć na karcie 'Podstawowe' pole kontrolne Współczynnik rozkładu obciążeń. Następnie można indywidualnie określić współczynniki dla nośnych obiektów w karcie Współczynniki rozkładu obciążeń.

Podczas przenoszenia obciążeń na pasy powierzchni można uwzględnić 'excentryczność pręta' lub 'rozkład przekroju', aby poprawnie odzwierciedlić położenie geometryczne pręta lub jego przebieg (patrz rozdział Przekrój). Pole kontrolne 'Pomijanie równowagi momentów' nie jest domyślnie zaznaczone. Umożliwia ono tworzenie momentu z obciążeń powierzchniowych w punkcie ciężkości i równoważenie go z momentem z obciążeń prętowych w punkcie ciężkości. Dla obciążeń węzłowych opcja ta nie ma jednak znaczenia. Poniższe zdjęcie pokazuje, jak rozdzielane jest obciążenie z wolno działającego obciążenia liniowego z uwzględnieniem i bez uwzględnienia równowagi momentów na przeciwnych prętach.

Typ geometrii

Typ geometrii opisuje koncepcję formalną powierzchni. Lista oferuje do wyboru różne typy.

Płaska

W przypadku powierzchni płaskiej wszystkie linie graniczne leżą na jednej płaszczyźnie. Poprzez przycisk listy dostępne są różne formy płaskich powierzchni.

Powierzchnię można zdefiniować graficznie (po zaakceptowaniu OK w oknie dialogowym) przez rysowanie prostokąta, koła itp. Jeśli wybierze się ich 'granice', RFEM automatycznie rozpozna powierzchnię, gdy zostanie określona wystarczająca liczba linii granicznych.

Czworokąt

Ten typ powierzchni w swojej podstawowej formie opisuje ogólną czterostronną powierzchnię. Jako linie graniczne mogą być używane proste linie, łuki, polilinie i splajny. Dzięki temu można modelować zakrzywione powierzchnie.

Zdefiniuj w oknie dialogowym 'Nowa powierzchnia' linie graniczne powierzchni czworokątnej. Jeśli zamknięta powierzchnia nie może być utworzona przez cztery linie, dopuszczalna jest większa liczba linii. Na karcie 'Czworokąt' podane są cztery węzły narożne. Kontrolują, jak rozpięta jest zakrzywiona powierzchnia.

NURBS

Powierzchnie NURBS są tworzone z czterech zamkniętych linii NURBS (patrz rozdział Linie). Dzięki nim można modelować praktycznie dowolne powierzchnie swobodnych form.

W oknie dialogowym 'Nowa powierzchnia' zdefiniuj linie graniczne powierzchni NURBS. Każda z przeciwnych par linii NURBS musi mieć tę samą liczbę punktów kontrolnych, aby kolejność tych linii NURBS była 'kompatybilna'. Na karcie 'NURBS' można wówczas wpływać na kształt powierzchni za pomocą 'wag punktów kontrolnych'. Współrzędne wybranego punktu kontrolnego podane są w sekcji 'Współrzędne - Punkt kontrolny'.

Przycięta

Gdy powierzchnie przenikają się, można szybko stworzyć przecięcie: Wybierz powierzchnie, a następnie otwórz menu kontekstowe. Dostępne są różne możliwości wyboru.

Opcja 'Utwórz przecięcie' generuje tylko linię przecięcia. Wybierając jedną z opcji 'Podziel przez przecięcie', RFEM tworzy powierzchnie częściowe i przypisuje im typ 'Przycięta'. Możesz później usuwać komponenty, jeśli chcesz usunąć na przykład wystające powierzchnie.

Obrotowa

Powierzchnia obrotowa powstaje, gdy istniejąca linia jest obracana wokół osi. RFEM tworzy powierzchnię z węzłów początkowych i końcowych oraz obrotowych punktów definiujących linii. Tworzone są nowe linie.

W sekcji 'Rotacja' zdefiniuj linię graniczną powierzchni, która ma być obrócona. Podaj kąt obrotu α. Punkt obrotu można określić poprzez współrzędne lub za pomocą przycisku graficznie.

Rura

Powierzchnia rurowa powstaje, gdy linia środka rury jest obracana o promień wokół tej osi. Tworzone są nowe linie: dwa koła i równoległa do osi rury polilinia.

W sekcji 'Rura' zdefiniuj promień rury. Wartość ta opisuje odległość od osi rury do centrum powierzchni. Podaj numer linii środka lub wybierz oś rury przyciskiem graficznie.

Jeśli profil rurki jest stożkowy, zaznacz pole wyboru 'Różny promień na końcu' i podaj odpowiednią wartość.

Splajn o minimalnej krzywiźnie

Za pomocą tego typu geometrii można tworzyć zakrzywioną powierzchnię za pomocą węzłów sterujących, które znajdują się na powierzchni lub poza nią. Można w ten sposób modelować na przykład powierzchnie terenowe.

Zdefiniuj 'Układ współrzędnych' płaszczyzny odniesienia oraz podaj 'Współrzędne próbek w układzie współrzędnych'. Te punkty reprezentują węzły sterujące powierzchni splajnu. Następnie określ 'linie graniczne płaszczyzny odniesienia' lub wybierz linie przyciskiem graficznie.

Grubość z materiałem

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

Materiał grubości =

Materiał dla wcześniej zdefiniowanej grubości jest domyślnie ustawiony. W razie potrzeby, można wybrać inny materiał z listy już zdefiniowanych materiałów lub zdefiniować nowy (patrz rozdział Materiały). Ten materiał zostanie następnie przypisany do typu grubości.

Przeguby

Za pomocą przegubu można kontrolować przenoszenie sił wewnętrznych wzdłuż linii powierzchni (patrz rozdział Przeguby liniowe). Po zaznaczeniu pola kontrolnego można określić typ przegubu na karcie 'Przeguby'.

Podpory

Jeśli powierzchnia jest elastycznie podparta, na karcie 'Podpory' można wybrać lub zdefiniować nową podporę powierzchniową (patrz rozdział Podpory powierzchniowe).

Zwolnienie

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

Ekscentryczność

Za pomocą ekscentryczności można modelować pionowe przesunięcie całej powierzchni (patrz rozdział Ekscentryczności powierzchni). Można określić typ przesunięcia na karcie 'Ekscentryczność'.

Współczynnik rozkładu obciążeń

Dla powierzchni typu Przenoszenie obciążenia istnieje możliwość określenia współczynników rozkładu dla obiektów nośnych. Po zaznaczeniu pola kontrolnego można te współczynniki przypisywać indywidualnie w nowej karcie.

Obiekty obciążone powierzchni przenoszącej obciążenie są domyślnie ustawione w jednym wierszu. Każdemu obiektowi przypisany jest współczynnik 1.00, dzięki czemu wszystkie obiekty równomiernie uczestniczą w przenoszeniu obciążeń. Jeśli chce się osiągnąć specyficzny rozkład, kliknij w kolejny wolny wiersz i wybierz linię lub pręt. Następnie przypisz odpowiedni 'współczynnik rozkładu'.

Zagęszczenie siatki

Wielkość siatki ES może być dostosowana do geometrii powierzchni (patrz rozdział Zachycenie siatki powierzchniowej). Jest ona zatem niezależna od ogólnych ustawień siatki. Na karcie 'Zagęszczenie siatki' można wybrać lub zdefiniować nowe zagęszczenie siatki powierzchni.

Osie specyficzne

Każda powierzchnia ma lokalny układ współrzędnych. W standardzie jest ustawiony równolegle do globalnych osi. Układ współrzędnych można jednak zdefiniować oddzielnie dla wprowadzania i wyjścia.

Osie wejściowe

Ustawienie osi wejściowych ma znaczenie na przykład dla właściwości ortotropowych i podłoża lub działania obciążenia powierzchniowego.

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

• Obrót kątem: Obrót osi powierzchni x, y wokół osi z o kąt α
• Oś równoległa do linii: Ustawienie osi x lub y do linii
• Oś skierowana do punktu: Ustawienie osi x lub y do punktu przecięcia linii z powierzchnią
• Oś równoległa do układu współrzędnych: Ustawienie osi do użytkownika określonego układu współrzędnych

Można określić obiekty odniesienia, używając przycisku graficznie.

Pole kontrolne 'Odwrócenie lokalnej osi z' umożliwia ustawienie osi z i y w przeciwnym kierunku.

Osie wynikowe

Aktualnie ustawienie osi wynikowych możliwe jest tylko 'Identyczne z osiami wejściowymi'.

Siatka dla wyników

Każda powierzchnia jest pokryta siatką, która jest używana do wynikowych danych tabelarycznych. Umożliwia ona niezależne od siatki ES przedstawienie wyników w regularnych, regulowanych punktach wynikowych.

Standardowo używana jest siatka powierzchniowa kartezjańska z równym odstępem pomiędzy punktami siatki wynoszącym 0,5 m w obu kierunkach. W razie potrzeby można tu dostosować 'odstępy siatki' w kierunku x (b) i y (h), obrócić siatkę lub zmienić 'początek siatki'. Dla powierzchni kołowych typ siatki 'Polarna' oferuje alternatywę dla numerycznego przedstawienia wynikowego.

Jeśli w sekcji 'Opcje' zaznaczone jest pole wyboru 'Automatyczne dopasowanie', to punkty siatki są dostosowywane 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 leżące na powierzchni, ale nie znajdujące się w definicji powierzchni.

Numery węzłów, linii i otworów związanych z powierzchnią są podane w sekcji 'Zintegrowane obiekty na powierzchni'.

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

Aktywacja przenoszenia obciążenia

Pole wyboru umożliwia przenoszenie obciążeń na powierzchnię – niezależnie od jej typu sztywności – za pomocą powierzchni przenoszącej obciążenie. Dzięki temu powierzchnia działa w modelu poprzez swoją sztywność. Rozkład obciążeń na sąsiednie obiekty jest natomiast kontrolowany przez parametry, które można ustawić na karcie Przenoszenie obciążeń. Ta funkcja jest głównie istotna dla powierzchni typu grubości Płytka belkowa.

Deaktywacja przy obliczeniach

Pole wyboru oferuje możliwość, aby powierzchnia nie była uwzględniana przy obliczeniach, na przykład w celu symulacji etapów budowy lub zbadania wariantów modelowania. Sztywność, warunki brzegowe i obciążenia powierzchniowe nie są w takim przypadku uwzględniane.

Informacje | Analityczne

Ta sekcja jest wyświetlana, gdy określono linie graniczne powierzchni. Oferuje ona przegląd ważnych właściwości powierzchni, takich jak powierzchnia, objętość i masa, a także położenie środka ciężkości powierzchni i orientacja powierzchni. Otwory są odpowiednio uwzględniane.