Поверхности

Поверхности описывают геометрию плоских или изогнутых конструктивных элементов, размеры поверхности которых значительно больше толщин. Жесткость поверхности определяется ее материалом и толщиной. При генерации сетки КЭ на поверхностях создаются 2D-элементы. Для расчета они принимаются по срединной плоскости поверхности.

Для ввода поверхности можно использовать существующие «Граничные линии». Можно также использовать прямой ввод, при котором программа автоматически создает определяющие линии.

Вкладка Основы управляет основными параметрами поверхности. При установке флажков добавляются дополнительные вкладки, в которых можно задать специальные данные.

Тип жесткости

Тип жесткости определяет, каким образом могут восприниматься внутренние силы или какие свойства принимаются для поверхности.

В списке представлены различные типы жесткости на выбор.

Норматив

Поверхность передает моменты и мембранные силы. Этот подход описывает общее поведение однородной и изотропной модели поверхности. Свойства жесткости поверхности не зависят от направления.

Без толщины

Поверхность не имеет жесткости. Этот тип следует использовать для ограничивающих поверхностей тела.

Жесткая

С помощью этого типа жесткости можно моделировать очень жесткие поверхности для отображения жесткого соединения между объектами.

Мембрана

Поверхность имеет равномерную жесткость во всех направлениях. Однако передаются только мембранные силы при растяжении (n_x, n_y) и мембранные сдвиговые силы (n_xy). При действии сжимающих и поперечных сил, а также моментов соответствующие элементы поверхности исключаются.

Без растяжения мембраны

Передаются только моменты и мембранные силы при сжатии. При мембранных силах, вызывающих растяжение, происходит отказ соответствующих элементов поверхности (например: напряжение смятия).

Передача нагрузки

С этим типом можно прикладывать нагрузки на поверхность к областям, не заполненным поверхностями, например ветровые нагрузки на окна или стержни зала. Нагрузка этой поверхности распределяется на края или интегрированные объекты. При создании нагрузок на стержни нагрузка пересчитывается в глобальные направления относительно истинных длин стержней (направления нагрузки X_L, Y_L, Z_L). Сама поверхность не имеет жесткости.

Критерии передачи нагрузки можно задать на вкладке Передача нагрузки.

«Направление нагрузки» описывает, в каком направлении (направлениях) нагрузка должна прикладываться к объектам. Список предлагает варианты выбора для изотропного распределения на основе расчета МКЭ, а также для ортотропного расположения по полосам поверхности, которые для определения ширины захвата нагрузки принимаются по одной или обеим местным осям поверхности.

При опции «Изотропно | FEM» RFEM для определения распределения нагрузки использует отдельную подмодель, в которой поверхность отображается жестким элементом поверхности. Все интегрированные в поверхность объекты (стержни, линейные и узловые опоры, линии, связанные с элементами модели, соединения или узлы и т. д.) заменяются жесткими линиями или жесткими узловыми опорами. Реакции этой подмодели затем принимаются как нагрузки для 3D-расчета RFEM. Если определенные объекты не должны передавать нагрузки, можно указать их в разделе «Без влияния на».

При передаче нагрузки через полосы поверхности можно определить, как RFEM должно выполняться «распределение нагрузки». По умолчанию нагрузка распределяется на соседние объекты с переменным законом распределения. Однако если требуется постоянный закон распределения нагрузки, выберите соответствующую запись в списке. Разница между двумя вариантами показана на следующем изображении.

Поля ввода для «ширины полосы поверхности», «коэффициента сглаживания» и «минимального количества полос на поверхности» доступны, если в разделе «Опции» активирован флажок Расширенные настройки распределения. Корректировки требуются только при проблематичном распределении нагрузки. Действие этих параметров объяснено на примере в технической статье Расширенные настройки распределения на площадях передачи нагрузки.

Для площади передачи нагрузки можно также «задать вес поверхности», чтобы учесть, например, собственный вес остекления.

В разделе «Без влияния на» можно исключить стержни, линии и узлы из передачи нагрузки (например, связи). Задайте объекты по отдельности или выберите образцовый объект, параллельный незагруженным стержням или линиям.

Когда граничные линии поверхности заданы, в разделе «Нагруженные объекты» указываются нагруженные стержни, линии и узлы. Если требуется специфическое распределение нагрузки, установите на вкладке «Основы» флажок Коэффициент распределения нагрузки. Затем можно индивидуально задать коэффициенты для объектов, воспринимающих нагрузку, на вкладке Коэффициенты распределения нагрузки.

При передаче нагрузки через полосы поверхности можно учесть «эксцентриситет стержня» или «распределение сечения», чтобы правильно отобразить геометрическое положение стержня или его ход (см. раздел Сечение). Флажок «Пренебречь поворотным равновесием» по умолчанию не активирован. Тем самым момент от нагрузок на поверхность вычисляется относительно центра тяжести и сопоставляется с моментом от нагрузок на стержни относительно центра тяжести. Однако для узловых нагрузок эта опция не имеет значения. Следующее изображение показывает, как свободная линейная нагрузка распределяется на противоположные стержни с учетом и без учета поворотного равновесия.

Усиление

С этим типом жесткости стабилизирующие эффекты профлиста, прогонов и связей можно просто и реалистично учесть при моделировании. Свойства подробнее описаны в функции продукта Тип жесткости поверхности "Усиление".

Поверхность результатов

Этот тип жесткости позволяет с помощью метода интегрирования преобразовать напряжения и силы других объектов во внутренние силы поверхности. Так можно определить, например, у тела мембранные напряжения и напряжения при изгибе, которые должны рассчитываться с разными частичными коэффициентами надежности.

Дальнейшие критерии интегрирования результатов можно задать на вкладке Поверхность результатов.

В разделе «Интегрировать напряжения и силы» выберите, должны ли результаты регистрироваться только по объектам или также геометрически внутри области. В разделе «Включить объекты» задайте соответствующие поверхности и тела. Альтернативно выберите «Все» объекты и затем исключите определенные элементы в разделе «Исключено из включенных объектов».

Если результаты определенной области «ниже» и «выше» поверхности должны интегрироваться, можно задать соответствующие расстояния в разделе «Параметры». Они относятся к местной оси z, перпендикулярной плоскости поверхности.

Тип геометрии

Тип геометрии описывает формальную концепцию поверхности. В списке доступны различные типы на выбор.

Плоскость

У плоской поверхности все граничные линии лежат в одной плоскости. Через кнопку списка доступны различные формы плоских поверхностей.

Вы можете определить поверхность (после OK в диалоговом окне) графически путем растягивания прямоугольника, круга и т. д. Если вы «выберете границу», RFEM автоматически распознает поверхность, как только будет определено достаточное количество граничных линий.

Четырехугольник

Этот тип поверхности описывает в своей базовой форме общую четырехстороннюю поверхность. В качестве граничных линий возможны прямые линии, дуги, полилинии и сплайны. Это позволяет моделировать изогнутые поверхности.

В диалоговом окне «Новая поверхность» задайте граничные линии четырехугольной поверхности. Если замкнутая поверхность не может быть образована четырьмя линиями, допустимо и более четырех линий. На вкладке «Четырехугольник» тогда указываются четыре угловых узла. Они определяют, как натягивается изогнутая поверхность.

NURBS

Поверхности NURBS образуются из четырех замкнутых линий NURBS (см. раздел Линии). Это позволяет моделировать практически любые свободные поверхности.

В диалоговом окне «Новая поверхность» задайте граничные линии поверхности NURBS. Соответственно противоположные пары линий NURBS должны иметь одинаковое количество контрольных точек, чтобы порядок этих линий NURBS был «совместим». На вкладке «NURBS» можно затем влиять на форму поверхности через «веса контрольных точек». Координаты выбранной контрольной точки указываются в разделе «Координаты — контрольная точка».

Усеченная

При пересечении поверхностей пересечение можно быстро создать: выделите поверхности и вызовите контекстное меню. Доступны различные варианты выбора.

С опцией «Создать пересечение» генерируется только линия пересечения. Если выбрать одну из опций «Разделить посредством пересечения», RFEM создает части поверхностей и присваивает им тип «Усеченная». Затем можно удалить компоненты, если, например, требуется удалить выступающие поверхности.

Поворот

Поверхность вращения возникает, когда существующая линия вращается вокруг оси. RFEM создает поверхность из начальных и конечных узлов, а также повернутых определяющих точек линии. При этом генерируются новые линии.

На вкладке «Поворот» задайте граничную линию поверхности, которую нужно повернуть. Укажите угол поворота α. Точки оси вращения можно определить по координатам или графически с помощью кнопки .

Труба

Трубчатая поверхность возникает, когда центральная линия трубы вращается на радиусе вокруг этой оси. При этом генерируются новые линии: две окружности и одна полилиния, параллельная оси трубы.

На вкладке «Труба» задайте радиус трубы. Это значение описывает расстояние от оси трубы до центра поверхности. Укажите номер центральной линии или выберите ось трубы графически с помощью кнопки .

Если трубчатое сечение коническое, активируйте флажок «Разный радиус на конце» и укажите соответствующее значение.

Сплайн с минимальной кривизной

С этим типом геометрии можно создать изогнутую поверхность через управляющие узлы, лежащие на поверхности или вне ее. Так можно моделировать, например, поверхности рельефа местности.

Задайте «систему координат» опорной плоскости и укажите «координаты проб в системе координат». Эти точки представляют управляющие узлы сплайновой поверхности. Затем задайте «граничные линии опорной плоскости» или выберите линии графически с помощью кнопки .

Толщина с материалом

Выберите в списке существующих толщин подходящий тип или определите новую толщину (см. раздел Толщины).

Материал толщины

Материал толщины, заданной в разделе выше, установлен по умолчанию. При необходимости можно в списке уже созданных материалов выбрать другой материал или определить новый (см. раздел Материалы). Этот материал затем присваивается типу толщины.

Шарниры

С помощью шарнира можно управлять передачей внутренних сил вдоль линии поверхности (см. раздел Линейные шарниры. После установки флажка можно задать тип шарнира на вкладке «Шарниры».

Опора

Если поверхность упруго оперта, на вкладке «Опора» можно выбрать или заново определить опору поверхности (см. раздел Опоры поверхности).

Высвобождение

Чтобы отвязать модель от поверхности, на вкладке «Высвобождение» можно выбрать или заново определить высвобождение поверхности (см. раздел Высвобождения поверхности).

Эксцентриситет

С помощью эксцентриситета можно моделировать смещение по высоте всей поверхности (см. раздел Эксцентриситеты поверхности). Тип смещения можно задать на вкладке «Эксцентриситет».

Коэффициент распределения нагрузки

Для поверхности типа Передача нагрузки есть возможность задать коэффициенты распределения для объектов, воспринимающих нагрузку. При установке флажка эти коэффициенты можно индивидуально назначить на новой вкладке.

Нагруженные объекты площади передачи нагрузки предварительно заданы в одной строке. Каждому объекту присвоен коэффициент 1.00, так что все объекты вносят одинаковый вклад в передачу нагрузки. Если требуется специфическое распределение, щелкните следующую свободную строку и выберите линию или стержень. Затем назначьте соответствующий «коэффициент распределения».

Уплотнение сетки

Шаг сетки КЭ может быть согласован с геометрией поверхности (см. раздел Уплотнения сетки поверхности). Тем самым она не зависит от общих настроек сетки. На вкладке «Уплотнение сетки» можно выбрать или заново определить уплотнение сетки поверхности.

Специальные оси =

Каждая поверхность имеет местную систему координат. Как правило, она ориентирована параллельно глобальным осям. Однако система координат может быть задана пользователем — отдельно для ввода и вывода.

Оси ввода

Ориентация осей ввода имеет значение, например, для свойств ортотропии и основания или действия нагрузки на поверхность.

Список в разделе «Категория» предлагает различные возможности адаптации положения осей:

• Угловой поворот: поворот осей xy поверхности вокруг оси z на угол α
• Ось параллельно линиям: ориентация оси x или y по линии
• Ось направлена к точке: ориентация оси x или y к пересечению линии с поверхностью
• Ось параллельно системе координат: ориентация осей по пользовательской системе координат

Опорные объекты можно определить графически с помощью кнопки .

Флажок «Обратить местную ось z» позволяет ориентировать оси z и y противоположно.

Оси результатов

В настоящее время ориентация осей результатов возможна только «Идентично осям ввода».

Решетка для результатов

Каждая поверхность покрыта решеткой, которая используется для вывода результатов в таблицах. Она позволяет вывод, не зависящий от сетки КЭ, в регулярных, настраиваемых точках результата.

По умолчанию установлена декартова решетка поверхности с равномерным шагом решетки точек по 0,5 м в обоих направлениях. При необходимости можно здесь адаптировать «шаги решетки» в направлении x (b) и в направлении y (h), выполнить «поворот решетки» или изменить «начало решетки». Для круглых поверхностей тип решетки «Полярная» предлагает альтернативу для численного вывода результатов.

Если в разделе «Опции» установлен флажок «Автоматически адаптировать», точки решетки при изменении поверхности подгоняются к новой геометрии.

В разделе «Точки» можно проверить координаты сгенерированных точек решетки. Изменения в таблице невозможны.

Интегрированные объекты =

RFEM, как правило, автоматически распознает все объекты, лежащие в поверхности, но не использованные для определения поверхности.

Номера относящихся к поверхности узлов, линий и отверстий указаны в разделе «Интегрированные объекты в поверхности».

Если объект не распознан, его следует интегрировать вручную: деактивируйте автоматическое распознавание объектов. Поля ввода в разделе «Интегрированные объекты в поверхности» теперь доступны. Добавьте отсутствующий номер объекта или используйте кнопку , чтобы определить объект графически.

Активировать передачу нагрузки

Флажок позволяет распределить нагрузку на поверхность — независимо от ее типа жесткости — с помощью площади передачи нагрузки. Тем самым поверхность действует в модели через свою жесткость. Распределение нагрузки на соседние объекты, напротив, управляется параметрами, которые можно задать на вкладке Передача нагрузки. Эта функция актуальна прежде всего для поверхностей типа толщины Балочная панель.

Деактивировать для расчета

Флажок дает возможность не учитывать поверхность при расчете, например, для имитации стадий строительства или исследования варианта моделирования. Жесткость, граничные условия и нагрузки поверхности в этом случае не принимаются.

Информация | Аналитически

Этот раздел отображается, как только вы задали граничные линии поверхности. Он предоставляет обзор важных свойств поверхности, таких как площадь, тело и масса, а также положение центра тяжести поверхности и ориентация поверхности. Отверстия соответственно учтены.