Поверхности

С помощью поверхностей описывается геометрия плоских или изогнутых конструктивных элементов, размеры поверхности которых значительно превышают их толщину. Жёсткость поверхности определяется её материалом и толщиной. При генерации сетки КЭ на поверхностях создаются 2D-элементы. При расчёте они применяются в главной оси поверхности.

Для ввода поверхности можно использовать существующие 'Граничные линии'. Также можно использовать прямой ввод, при котором программа автоматически создаёт линии определения.

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

Тип жёсткости

Тип жёсткости определяет, как могут восприниматься внутренние силы или какие свойства предполагаются для поверхности.

В списке доступны различные типы жёсткости.

Стандартная

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

Без толщины

Поверхность не имеет жёсткости. Этот тип следует использовать для граничных поверхностей тела.

Жёсткая

С помощью этого типа жёсткости можно моделировать очень жёсткие поверхности, чтобы смоделировать жёсткое соединение между объектами.

Мембрана

Поверхность обладает одинаковой жёсткостью во всех направлениях. Однако передаются только мембранные силы при растяжении (n_x, n_y), а также мембранные сдвиговые силы (n_xy). При сжимающих и поперечных силах, а также моментах, соответствующие элементы поверхности отказывают.

Мембрана без растяжения

Передаются только моменты и мембранные силы при сжатии. В случае мембранных сил, вызывающих растяжение, происходит отказ соответствующих элементов поверхности (пример: смятие отверстий).

Передача нагрузки

С помощью этого типа можно прикладывать Нагрузка на поверхность к областям, не заполненным поверхностями, например, Ветровая нагрузка на окна или стержни цеха. Нагрузка с этой поверхности распределяется на края или интегрированные объекты. Если возникают Нагрузка на стержень, нагрузка преобразуется в глобальных направлениях с привязкой к истинным длинам стержней (направления нагрузки X_L, Y_L, Z_L). Сама поверхность не обладает жёсткостью.

Критерии для передачи нагрузки можно задать во вкладке Передача нагрузки.

'Направление передачи нагрузки' описывает, в каком направлении(ях) нагрузка должна прикладываться к объектам. Список предлагает варианты для изотропного распределения на основе расчета МКЭ, а также для ортотропного расположения на полосах поверхности, которые используются для определения грузовой площади в одном или обоих локальных направлениях Ось поверхности.

При опции 'Изотропный | МКЭ' RFEM использует для определения распределения нагрузки отдельную частичную модель, в которой поверхность отображается жёстким элементом поверхности. Все объекты, интегрированные в поверхность (стержни, линейные и узловые опоры, линии, соединённые с элементами модели, связи или узлы и т.д.), заменяются жёсткими линиями или жёсткими узловыми опорами. Реакция этой частичной модели затем прикладываются в качестве нагрузок для 3D-расчета RFEM. Если определенные объекты не должны передавать нагрузки, их можно указать в разделе «Не действует на».

При передаче нагрузки через полосы поверхности можно задать, как RFEM должен выполнять 'Распределение нагрузки'. По умолчанию нагрузка распределяется на соседние объекты с переменным ходом. Если же требуется постоянное Распределение нагрузки, выберите соответствующую запись в списке. Разница между двумя вариантами показана на следующем рисунке.

Параметры для 'Ширина полосы поверхности', 'Коэффициента сглаживания' и 'Минимального количества полос на поверхности' доступны, если в разделе «Параметры» активирован флажок Расширенные параметры распределения. Корректировки необходимы только при проблемных распределениях нагрузки. Действие этих параметров поясняется в технической статье Расширенные параметры распределения для поверхностей передачи нагрузки на примере.

Для поверхности передачи нагрузки можно также задать 'Вес поверхности', чтобы учесть, например, собственный вес остекления.

В разделе 'Не действует на' можно исключить стержни, линии и узлы из передачи нагрузки (например, связи). Задайте объекты по отдельности или выберите эталонный объект, параллельный ненагруженным стержням или линиям.

Когда граничные линии поверхности определены, в разделе 'Нагруженные объекты' отображаются нагруженные стержни, линии и узлы. Если требуется специальное распределение нагрузки, установите флажок Коэффициент распределения нагрузки во вкладке 'Основы'. Затем можно индивидуально задать коэффициенты для объектов, воспринимающих нагрузку, во вкладке Коэффициенты распределения нагрузки.

При передаче нагрузки через полосы поверхности можно учитывать 'Эксцентриситет стержня' или 'Распределение сечения', чтобы правильно определить геометрическое положение стержня или его ход (см. главу Сечение). Флажок «Пренебречь равновесием моментов» по умолчанию не активирован. Таким образом, момент от поверхностных нагрузок формируется относительно центра тяжести и сравнивается с моментом от стержневых нагрузок относительно центра тяжести. Однако для узловых нагрузок эта опция не имеет значения. На следующем рисунке показано, как свободная линейная нагрузка распределяется на противоположные стержни с учётом и без учёта Равновесие моментов.

Результирующая поверхность

Этот тип жёсткости позволяет преобразовывать напряжения и силы от других объектов во внутренние силы поверхности с помощью метода интегрирования. Таким образом, например, для тела можно определить мембранные и изгибные напряжения, которые необходимо рассчитывать с разными частичными коэффициентами надежности.

Дополнительные критерии для интегрирования результатов можно задать во вкладке Результирующая поверхность.

В разделе 'Интегрировать напряжения и силы' выберите, следует ли регистрировать результаты чисто по объектам или также геометрически в пределах области. В разделе 'Включить объекты' задайте соответствующие поверхности и тела. В качестве альтернативы выберите «Все» объекты, а затем в разделе «Исключено из включённых объектов» исключите определенные элементы.

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

Геометрический тип

Геометрический тип описывает формальную концепцию поверхности. В списке доступны различные типы.

Плоская

У плоской поверхности все Граничные линии лежат в одной плоскости. С помощью кнопки списка доступны различные формы плоских поверхностей.

Можно определить поверхность (после нажатия OK в диалоговом окне) графически, растягивая прямоугольник, круг и т.д. Если выбрать их 'Границу', RFEM автоматически распознает поверхность, как только будет определено достаточное количество граничных линий.

Quadrangel

Этот тип поверхности в своей основной форме описывает общую четырехстороннюю поверхность. В качестве граничных линий возможны прямые линии, дуги, полилинии и сплайны. Таким образом, можно моделировать изогнутые поверхности.

В диалоговом окне «Новая поверхность» задайте граничные линии поверхности Quadrangle. Если замкнутая поверхность не может быть образована четырьмя линиями, допускается использование более четырех линий. Во вкладке 'Quadrangel' затем указываются четыре угловых узла. Они определяют, как формируется изогнутая поверхность.

NURBS

Поверхности NURBS образуются из четырех замкнутых линий NURBS (см. главу Линии). Это позволяет моделировать практически любые поверхности произвольной формы.

В диалоговом окне «Новая поверхность» задайте граничные линии поверхности NURBS. Соответствующие противоположные пары линий NURBS должны иметь одинаковое количество контрольных точек, чтобы порядок этих линий NURBS был «совместимым». Во вкладке 'NURBS' можно влиять на форму поверхности через 'Веса контрольных точек'. Координаты выбранной контрольной точки отображаются в разделе «Координаты - Контрольная точка».

Обрезанная

Когда поверхности проникают друг в друга, можно быстро создать пересечение: выберите поверхности, а затем вызовите контекстное меню. Доступны различные варианты.

С помощью опции «Создать пересечение» генерируется только линия пересечения. Если выбрать одну из опций «Разделить с помощью пересечения», RFEM создает частичные поверхности и присваивает им тип «Обрезанная». Затем можно удалить компоненты, если, например, требуется удалить выступающие поверхности.

Поворот

Поверхность вращения создается при вращении существующей линии вокруг оси. RFEM создает поверхность из начального и конечного узлов, а также повернутых опорных точек линии. При этом генерируются новые линии.

Во вкладке 'Поворот' задайте граничную линию поверхности, которую следует повернуть. Укажите угол поворота α. Точки оси вращения можно определить по координатам или графически с помощью кнопки .

Труба

Поверхность трубы создается при вращении Центральная линия трубы по радиусу вокруг этой оси. При этом генерируются новые линии: две окружности и полилиния, параллельная оси трубы.

Во 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 сечение трубы коническое, активируйте флажок «Различный радиус на конце» и укажите соответствующее значение.

Сплайн с минимальной кривизной

С помощью этого геометрического типа можно создать изогнутую поверхность по управляющим узлам, которые могут лежать на поверхности или вне ее. Таким образом, можно, например, моделировать рельеф местности.

Задайте 'Система координат' опорной плоскости и укажите 'Координаты проб в системе координат'. Эти точки представляют собой управляющие узлы сплайновой поверхности. Затем задайте 'Граничные линии опорной плоскости' или выберите линии графически с помощью кнопки .

Толщина с материалом

Выберите подходящий тип из списка существующих толщин или задайте новую толщину (см. главу Толщины).

Материал толщины

Материал толщины, заданной в разделе выше, предустановлен. При необходимости можно выбрать другой материал из списка уже созданных материалов или задать новый (см. главу Материалы). Этот материал затем присваивается типу толщины.

Шарниры

С помощью шарнира можно управлять передачей внутренних сил вдоль линии поверхности (см. главу Линейный шарнир. После установки флажка можно задать тип шарнира во вкладке 'Шарниры'.

Опора

Если поверхность имеет упругое основание, во вкладке 'Опора' можно выбрать или задать новую Опора поверхности (см. главу Опора поверхности).

Высвобождение

Чтобы разъединить модель на поверхности, во вкладке 'Высвобождение' можно выбрать или задать новое Выобождение поверхности (см. главу Высвобождения поверхности).

Экцентриситет

С помощью эксцентриситета можно смоделировать смещение всей поверхности по высоте (см. главу Эксцентриситеты поверхности). Тип смещения можно задать во вкладке 'Экцентриситет'.

Коэффициент распределения нагрузки

Для поверхности типа Передача нагрузки существует возможность задать коэффициенты распределения для объектов, воспринимающих нагрузку. Если установить флажок, эти коэффициенты можно индивидуально назначить в новой вкладке.

Нагруженные объекты поверхности передачи нагрузки предустановлены в одной строке. Каждому объекту присвоен коэффициент 1.00, так что все объекты вносят равномерный вклад в передачу нагрузки. Если требуется специальное распределение, щелкните в следующей свободной строке и выберите линию или стержень. Затем присвойте соответствующий 'Коэффициент распределения'.

Уплотнение сетки

Размер ячейки сетки КЭ может быть адаптирован к геометрии поверхности (см. главу Уплотнения сетки поверхности). Таким образом, он не зависит от общих настроек сетки. Во вкладке 'Уплотнение сетки' можно выбрать или заново определить сгущение сетки поверхности.

Специфические оси

Каждая поверхность имеет локальную систему координат. Как правило, она ориентирована параллельно глобальным осям. Однако система координат может быть также определена пользователем – отдельно для ввода и вывода.

Оси ввода

Ориентация осей ввода важна, например, для свойств ортотропии и фундамента или действия Нагрузка на поверхность.

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

• Поворот на угол: 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 точке пересечения линии с поверхностью
• Ось параллельно системе координат: ориентация осей в соответствии с пользовательской системой координат

Можно графически определить опорные объекты с помощью кнопки .

Флажок «Обратить локальную ось z» позволяет ориентировать оси z и y в противоположном направлении.

Оси результатов

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

Решетка для результатов

Каждая поверхность покрыта сеткой, которая используется для вывода результатов в таблицах. Она позволяет выводить данные независимо от сетки КЭ в регулярных, настраиваемых точках результата.

По умолчанию задана декартова система координат с равномерным расстоянием между узлами решетки 0,5 м в обоих направлениях. При необходимости здесь можно настроить 'Расстояния сетки' 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 числового вывода результатов.

Если в разделе «Параметры» установлен флажок «Автоматически адаптировать», узлы решетки подгоняются под новую геометрию при изменении поверхности.

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

Интегрированные объекты

RFEM обычно автоматически распознает все объекты, которые лежат в поверхности, но не использовались для определения поверхности.

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

Если объект не распознается, 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 её типа жёсткости — с помощью поверхности передачи нагрузки. Таким образом, поверхность действует в модели благодаря своей жёсткости. Распределение нагрузки по соседним объектам, в свою очередь, регулируется параметрами, которые можно задать во вкладке Передача нагрузки. Эта функция в первую очередь актуальна для поверхностей типа толщины Балочная панель.

Деактивировать для расчета

Флажок предоставляет возможность не учитывать поверхность при расчете, например, для моделирования этапов строительства или для исследования варианта моделирования. В этом случае жёсткость, граничные условия и нагрузки поверхности не применяются.

Информация | Аналитически

Этот раздел отображается сразу после задания граничных линий поверхности. Он предоставляет обзор важных свойств поверхности, таких как площадь поверхности, объем и масса, а также положение центра тяжести и ориентация поверхности. Отверстия учитываются соответствующим образом.