Поверхности

Поверхностями описывается геометрия плоских или изогнутых элементов конструкции, чьи размеры поверхности значительно больше, чем их толщина. Жёсткость поверхности определяется её материалом и толщиной. При генерации сетки конечных элементов на поверхностях создаются 2D-элементы. Они рассчитываются в средней плоскости поверхности.

Диалог «Новая повехность»

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

Закладка Базовая управляет элементарными параметрами поверхности. Включая контрольные поля, вы можете добавить другие закладки, где можно указать определённые параметры.

Тип жёсткости

Тип жёсткости определяет, каким образом могут восприниматься усилия или какие свойства предполагаются для поверхности.

В списке предлагается различные типы жёсткости.

Выбор типа жесткости

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 ограничивающих поверхностей объёмного тела.

Жёсткая

Этот тип жёсткости позволяет моделировать очень жёсткие поверхности для создания жёсткого соединения между объектами.

Мембрана

Поверхность обладает равномерной жёсткостью во всех направлениях. Однако передаются только мембранные силы в растяжении (n_x, n_y) и мембранные сдвиговые силы (n_xy). При давлении, поперечных силах и моментах соответствующие элементы поверхности выпадают.

Мембранное растяжение отсутствует

Передаются только моменты и мембранные силы в состоянии сжатия. При мембранных силах, вызывающих растяжение, происходит выход из строя соответствующих элементов поверхности (например, контактная прочность отверстия).

Передача нагрузки

Этот тип позволяет прикладывать поверхностные нагрузки к областям, не заполненным поверхностями, например, ветровые нагрузки на окна или стержни зала. Нагрузка на эту поверхность распределяется по краям или интегрированным объектам. Если генерируются стержневые нагрузки, нагрузка пересчитывается относительно истинной длины стержней в глобальных направлениях (направления нагрузки X_L, Y_L, Z_L). Сама поверхность не имеет жёсткости.

Критерии для передачи нагрузки можно задать в новой закладке.

Задание параметров площади передачи нагрузки

'Направление передачи нагрузки' описывает, в каком направлении(ях) должна быть приложена нагрузка к объектам. Список предлагает варианты для изотропного распределения на основе расчёта МКЭ и для ортотропного расположения на полосах поверхности, которые используются для определения ширины зоны влияния нагрузки в одном или обоих локальных осях поверхности.

Выбор направления передачи нагрузки

В варианте 'Изотропный | МКЭ' RFEM использует отдельную модель для определения распределения нагрузки, в которой поверхность изображена жёстким элементом. Все интегрированные в поверхность объекты (стержни, линейные и узловые опоры, линии, связанные с моделями, связи или узлы и т.д.) заменяются жёсткими линиями или жёсткими узловыми опорами. Реакции этой модели затем используются как нагрузки для 3D-расчёта в RFEM. Если определённые объекты не должны передавать нагрузки, их можно указать в разделе 'Без действия на'.

При передаче нагрузки через полосы поверхности можно указать, как RFEM должен распределять 'нагрузку'. По умолчанию нагрузка распределяется с изменяющимся распределением на близлежащие объекты. Если вы хотите добиться постоянного распределения нагрузки, выберите соответствующий пункт в списке. Различия между этими двумя вариантами показаны на следующем изображении.

Постоянное распределение нагрузки (слева) и переменное распределение нагрузки (справа)

Возможности ввода для 'ширины полосы поверхности', 'коэффициента сглаживания' и 'минимального количества полос на поверхности' доступны, если в разделе 'Опции' активировано контрольное поле детальных настроек распределения. Настройки требуются только при проблемном распределении нагрузки. Действие этих параметров объясняется в технической статье Подробное распределение при передаче нагрузки на примере.

Для передачи нагрузки на поверхность можно также задать 'вес поверхности', чтобы, например, учитывать собственный вес остекления.

В разделе 'Без действия на' можно исключить стержни, линии и узлы из передающей нагрузки (например, связи). Задайте объекты по отдельности или выберите образец объекта, который параллелен незагруженным стержням или линиям.

Когда определены ограничивающие линии поверхности, в разделе 'Загруженные объекты' указываются загруженные стержни, линии и узлы. Если вы хотите определённое распределение нагружения, отметьте в закладке 'Базовая' контрольное поле коэффициент распределения нагрузки. Тогда вы сможете индивидуально настроить коэффициенты для передающих нагрузку объектов в закладке Коэффициенты распределения нагрузки.

При передаче нагрузки через полосы поверхности можно учесть 'эксцентриситет стержня' или 'распределение сечения', чтобы правильно учитывать геометрическое положение стержня или его профиль (см. главу Распределение перерезывающего усилия). Поле 'Пренебрежение моментным равновесием' по умолчанию не активировано. Момент от поверхностных нагрузок берётся к центру тяжести и уравновешивается с моментом от нагрузок на стержни к центру тяжести. Для узловых нагрузок эта опция не имеет значения. Следующая картинка показывает, как распределяется свободная линейная нагрузка с учётом и без учёта моментного равновесия на противоположные стержни.

Распределение нагрузки без учета равновесия моментов (слева) и без учета (справа)

Тип геометрии

Тип геометрии описывает формальную концепцию поверхности. В списке предлагаются различные типы.

Задание типа геометрии

Плоскость

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

Кнопки для плоских поверхностей

Вы можете графически определить поверхность (после нажатия OK в диалоге) путём растягивания прямоугольника, круга и т.п. Если вы выбираете их 'ограничение', RFEM автоматически распознаёт поверхность, как только создаётся достаточное количество ограничивающих линий.

Квадрангл

Этот тип поверхности в своей основной форме описывает общую четырёхстороннюю поверхность. В качестве ограничивающих линий возможны прямые линии, дуги, полилинии и сплайны. С их помощью можно моделировать изогнутые поверхности.

В диалоге 'Новая поверхность' укажите ограничивающие линии поверхности квадрангла. Если замкнутая поверхность не может быть образована четырьмя линиями, разрешено использование более четырёх линий. Затем в закладке 'Квадрангл' перечисляются четыре угловых узла. Они управляют натяжением изогнутой поверхности.

Определение четырехугольной поверхности

NURBS

Поверхности NURBS формируются из четырёх замкнутых линий NURBS (см. главу Линии). С их помощью можно моделировать практически любые свободные формы.

В диалоге 'Новая поверхность' задайте ограничивающие линии поверхности NURBS. Каждая пара противоположных линий NURBS должна иметь одинаковое количество контрольных точек, чтобы порядок этих линий NURBS был "совместим". В закладке 'NURBS' вы можете повлиять на форму поверхности через 'веса контрольных точек'. Координаты выбранной контрольной точки указываются в разделе 'Координаты - контрольная точка'.

Определение поверхности NURBS

Усечённая

При пересечении поверхностей вы можете быстро создать пересечение: выберите поверхности и вызовите контекстное меню. Доступно несколько опций.

Параметры проникновения в контекстном меню поверхности

С опцией 'Создать пересечение' генерируется только линия пересечения. Если вы выберете одну из опций 'Разделить пересечением', RFEM создаёт частичные поверхности и присваивает им тип 'Усечённая'. Затем вы можете удалить компоненты, если хотите, например, удалить выступающие поверхности.

Подрезанные поверхности, разделенные по проплавке

Вращение

Поверхность вращения создаётся путём вращения уже существующей линии вокруг оси. RFEM создаёт поверхность из начальных и конечных узлов и повернутых точек линии. При этом создаются новые линии.

В закладке 'Вращение' укажите ограничивающую линию поверхности, которая будет вращаться. Укажите угол вращения α. Точки оси вращения можно задать с помощью координат или визуально определить через кнопку .