Поверхности

С помощью поверхностей описывается геометрия плоских или криволинейных компонентов конструкции, размеры поверхности которых значительно больше их толщины. Жёсткость поверхности определяется её материалом и толщиной. При создании сетки КЭ на поверхностях генерируются 2D-элементы. Они применяются для расчёта в центральной оси поверхности.

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

Вкладка Основные управляет элементарными параметрами поверхности. При установке флажков добавляются дополнительные вкладки, в которых можно задать конкретные параметры.

Тип жёсткости

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

В списке доступны различные типы жёсткости.

Стандартный

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.

Жёсткий

С помощью этого типа жёсткости можно моделировать очень жёсткие поверхности для моделирования жёсткого соединения между объектами.

Мембрана

Поверхность имеет равномерную жёсткость во всех направлениях. Однако передаются только мембранные силы при растяжении (n_x, n_y), а также мембранные сдвигающие силы (n_xy). При сжимающих и поперечных силах, а также моментах затронутые элементы поверхности выходят из строя.

Мембрана без растяжения

Передаются только моменты и мембранные силы при сжатии. При мембранных силах, вызывающих растяжение, происходит выход из строя затронутых элементов поверхности (пример: смятие отверстия).

Передача нагрузки

С помощью этого типа можно прикладывать нагрузки на поверхность к областям, которые не заполнены поверхностями, например, ветровые нагрузки на окна или стержни зала. Нагрузка этой поверхности распределяется на края или интегрированные объекты. Если создаются нагрузки на стержень, нагрузка пересчитывается в глобальных направлениях на истинные длины стержней (направления нагрузки X_L, Y_L, Z_L). Сама поверхность не имеет жёсткости.

Критерии передачи нагрузки можно задать на вкладке Передача нагрузки.

'Направление передачи нагрузки' описывает, в каком направлении (направлениях) нагрузка должна прикладываться к объектам. Список предлагает варианты для изотропного распределения на основе анализа по МКЭ, а также для ортотропного расположения на полосах поверхности, которые применяются для определения ширины сбора нагрузки в одну или обе локальные оси поверхности.

При варианте 'Изотропный | МКЭ' RFEM использует для определения распределения нагрузки отдельную подмодель, в которой поверхность моделируется 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. Реакции этой подмодели затем применяются как нагрузки для 3D-расчёта RFEM. Если определённые объекты не должны передавать нагрузки, их можно указать в разделе 'Без воздействия на'.

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

Возможности ввода для 'Ширины полосы поверхности', 'Коэффициента сглаживания' и 'Минимального количества полос на поверхности' доступны, если в разделе 'Параметры' активирован флажок Расширенные настройки распределения. Корректировки требуются только при проблемных распределениях нагрузки. Действие этих параметров объяснено на примере в технической статье Расширенные настройки распределения для поверхностей передачи нагрузки.

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

В разделе 'Без воздействия на' можно исключить стержни, линии и узлы из передачи нагрузки (например, связи). Задайте объекты по отдельности или выберите образцовый объект, который расположен параллельно ненагруженным стержням или линиям.

Если граничные линии поверхности определены, в разделе 'Нагруженные объекты' указываются нагруженные стержни, линии и узлы. Если требуется специфическое распределение нагрузки, установите флажок Коэффициент распределения нагрузки на вкладке 'Основные'. Затем можно индивидуально задать коэффициенты для несущих нагрузку объектов на вкладке Коэффициенты распределения нагрузки.

При передаче нагрузки через полосы поверхности можно учесть 'Эксцентриситет стержня' или 'Распределение сечения', чтобы правильно определить геометрическое положение стержня или его ход (см. главу Сечение). Флажок 'Пренебречь моментным равновесием' по умолчанию не активирован. Таким образом, момент от нагрузок на поверхность образуется относительно центра тяжести и сравнивается с моментом от нагрузок на стержень 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 моментного равновесия.

Поверхность результатов

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 должны быть рассчитаны с различными частичными коэффициентами надежности.

Дополнительные критерии для интегрирования результатов можно задать на вкладке Поверхность результатов.

В разделе 'Интегрировать напряжения и силы' выберите, должны ли результаты фиксироваться 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 исключите определённые элементы в разделе 'Исключено из включённых объектов'.

Если результаты определённой области должны быть интегрированы "ниже" и "выше" поверхности, можно задать соответствующие расстояния в разделе 'Параметры'. Они относятся к локальной оси z, перпендикулярной плоскости поверхности.

Тип геометрии

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

Плоскость

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

Поверхность (после OK в диалоговом окне) можно определить графически, нарисовав прямоугольник, круг и т.д. Если выбрать её 'Границу', RFEM автоматически распознаёт поверхность, как только установлено достаточное количество граничных линий.

Quadrangle

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

Задайте граничные линии поверхности Quadrangle в диалоговом окне 'Новая поверхность'. Если замкнутая поверхность не может быть образована четырьмя линиями, допускается более четырёх линий. На вкладке 'Quadrangle' затем указываются четыре угловых узла. Они управляют тем, как натягивается криволинейная поверхность.

NURBS

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

Задайте граничные линии NURBS-поверхности в диалоговом окне 'Новая поверхность'. Каждая пара противоположных NURBS-линий должна иметь одинаковое количество контрольных точек, чтобы порядок этих NURBS-линий был "совместимым". На вкладке 'NURBS' затем можно влиять на форму поверхности через 'Веса контрольных точек'. Координаты выбранной контрольной точки указываются в разделе 'Координаты - контрольная точка'.

Обрезанный

Если поверхности пересекаются, можно быстро создать пересечение: Выберите поверхности и 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 создаёт частичные поверхности и присваивает им тип 'Обрезанный'. Затем можно удалять компоненты, например, если требуется удалить выступающие поверхности.

Поворот

Поверхность вращения возникает, когда существующая линия поворачивается вокруг оси. RFEM создаёт поверхность из начального и конечного узлов, а также повёрнутых точек определения линии. При этом создаются новые линии.

На вкладке 'Поворот' задайте граничную линию поверхности, которую требуется повернуть. Укажите угол поворота α. Точки оси вращения можно определить через координаты или с помощью кнопки графически.

Труба

Поверхность трубы возникает, когда осевая линия трубы поворачивается в радиусе вокруг этой оси. При этом создаются новые линии: два круга и полилиния, параллельная оси трубы.

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

Если сечение трубы коническое, активируйте флажок 'Различный радиус на конце' и укажите соответствующее значение.

Сплайн с минимальной кривизной

С помощью этого типа геометрии можно создать криволинейную поверхность через управляющие узлы, которые лежат на поверхности или также вне её. Таким образом можно моделировать, например, поверхности местности.

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

Толщина с материалом

Выберите в списке существующих толщин подходящий тип 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 Линейные шарниры). После установки флажка можно задать тип шарнира на вкладке 'Шарниры'.

Опора

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

Высвобождение

Чтобы разъединить модель на поверхности, можно выбрать или заново определить высвобождение поверхности на вкладке 'Высвобождение' (см. главу Высвобождения поверхности).

Эксцентриситет

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

Коэффициент распределения нагрузки

Для поверхности типа Передача нагрузки существует возможность задать коэффициенты распределения для несущих нагрузку объектов. Если установить флажок, эти коэффициенты можно индивидуально назначить на 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 специфическое распределение, щёлкните в следующую свободную строку и выберите линию или стержень. Затем присвойте подходящий 'Коэффициент распределения'.

Уплотнение сетки

Ширина ячейки сетки КЭ может быть согласована с геометрией поверхности (см. главу Уплотнения сетки поверхности). Таким образом, она не зависит от общих настроек сетки. На вкладке 'Уплотнение сетки' можно выбрать или заново определить уплотнение сетки поверхности.

Специфические оси

Каждая поверхность имеет локальную 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 важна, например, для свойств ортотропии и фундамента или действия нагрузки 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 параллельна линиям: ориентация оси x или y по линии
• Ось направлена на точку: ориентация оси x или y к точке пересечения линии с поверхностью
• Ось параллельна системе координат: ориентация осей по пользовательской системе координат

Опорные объекты можно определить графически 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'.

Сетка для результатов

Каждая поверхность покрыта сеткой, которая используется для вывода результатов в таблицах. Она обеспечивает вывод, независимый от сетки КЭ, в регулярных, настраиваемых точках результатов.

По умолчанию предустановлена декартова сетка поверхности с равномерным расстоянием между точками сетки 0,5 м в обоих направлениях. При необходимости здесь можно адаптировать 'Расстояния сетки' в направлении x (b) и в направлении y (h), выполнить 'Поворот сетки' или изменить 'Начало сетки'. Для круглых поверхностей тип сетки 'Полярная' предлагает альтернативу для численного вывода результатов.

Если в разделе 'Параметры' установлен флажок 'Автоматически адаптировать', точки сетки при изменении поверхности подгоняются под новую геометрию.

В разделе 'Точки' можно проверить координаты сгенерированных точек сетки. Изменения в таблице невозможны.

Интегрированные объекты

RFEM, как правило, автоматически распознаёт все объекты, которые лежат в поверхности, но не использовались для определения поверхности.

Номера принадлежащих 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 недостающий номер объекта или используйте кнопку , чтобы определить объект графически.

Активировать передачу нагрузки

Флажок позволяет распределять нагрузку на поверхность — независимо от её типа жёсткости — с помощью поверхности передачи нагрузки. Таким образом, поверхность действует в модели своей жёсткостью. Распределение нагрузки на соседние объекты, напротив, управляется параметрами, которые можно задать на вкладке Передача нагрузки. Эта функция в первую очередь актуальна для поверхностей типа толщины Балочная панель.

Деактивировать для расчёта

Флажок даёт возможность не учитывать поверхность при расчёте, например, для моделирования стадий строительства или исследования варианта моделирования. Жёсткость, граничные условия и нагрузки поверхности в этом случае не применяются.

Информация | Аналитически

Этот раздел отображается, как только заданы граничные линии поверхности. Он предоставляет обзор важных свойств поверхности, таких как площадь, объём и масса, а также положение центра тяжести поверхности и ориентация поверхности. Отверстия учитываются соответствующим образом.