Поверхности

С помощью поверхностей описывается геометрия плоских или изогнутых конструктивных элементов, размеры поверхности которых значительно превышают толщину. Жесткость поверхности определяется её материалом и толщиной. При генерации сетки конечных элементов на поверхностях создаются 2D-элементы. Они используются для расчета в центральной оси поверхности.

Для ввода поверхности можно использовать существующие 'Ограничительные линии'. Вы также можете использовать прямой ввод, где программа автоматически создаст линии определения.

Вкладка Основные управляет элементарными параметрами поверхности. Установкой флажков добавляются новые вкладки, в которых вы можете указать специфические данные.

Тип жесткости

Тип жесткости управляет тем, каким образом могут приниматься внутренние усилия или какие свойства предполагаются для поверхности.

В списке доступны различные типы жесткости.

Стандартная

Поверхность передает моменты и мембранные силы. Этот подход описывает общее поведение гомогенной и изотропной модели поверхности. Жесткостные свойства поверхности не зависят от направления.

Без толщины

Поверхность не имеет жесткости. Этот тип используется для ограничительных поверхностей объемного тела.

Жесткая

С помощью этого типа жесткости можно моделировать очень жесткие поверхности для создания жесткой связи между объектами.

Мембранная

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 сжатии и поперечных усилиях, а также моментах, затронутые элементы поверхности теряют несущую способность.

Мембранная без растяжения

Передаются только моменты и мембранные силы при сжатии. При возникновении мембранных сил, вызывающих растяжение, затронутые элементы поверхности теряют несущую способность (пример: продавливание отверстий).

Перенос нагрузки

С помощью этого типа можно переносить поверхностные нагрузки на области, не заполненные поверхностями, такие как, например, ветровые нагрузки на окна или элементы каркаса. Нагрузка поверхности распределяется по краям или интегрированным объектам. Если создаются балки, нагрузка преобразуется в направлениях глобальной системы координат с учетом фактической длины балок (направления нагрузки X_L, Y_L, Z_L). Сама поверхность не имеет жесткости.

Вы можете задать критерии для передачи нагрузки в новой вкладке.

'Направление передачи нагрузки' описывает, по каким направлениям нагрузка должна быть приложена к объектам. Список предлагает возможность изотропного распределения на основе расчета методом конечных элементов, а также ортотропного распределения по полосам поверхности, которые используются для определения ширины зоны захвата нагрузки в одном или обоих локальных направлениях поверхности.

В опции 'Изотропное | FEM' RFEM использует отдельную частичную модель для определения распределения нагрузки, в которой поверхность представляется жестким поверхностным элементом. Все интегрированные объекты поверхности (балки, линии и узловые упоры, линии, соединенные с элементами модели, соединения или узлы и т.д.) заменяются жесткими линиями или жесткими узловыми упорами. Реакции этой частичной модели затем используются как нагрузки для 3D-расчета в RFEM. Если определенные объекты не должны передавать нагрузки, их можно задать в разделе 'Без воздействия'.

При передаче нагрузки через полосы поверхности вы можете задать, как RFEM должен производить 'распределение нагрузки'. По умолчанию нагрузка распределяется на соседние объекты с изменяющимся распределением. Если вы хотите получить постоянное распределение нагрузки, выберите соответствующий пункт в списке. Разница между двумя вариантами представлена на следующем изображении.

Возможности ввода для 'ширины полосы поверхности', 'фактора сглаживания' и 'минимального количества полос на поверхности' доступны, если в разделе 'Опции' активировано контрольное поле Расширенные настройки распределения. Корректировки требуются только в случае проблематичных распределений нагрузок. Влияние этих параметров иллюстрируется в статье на Расширенные настройки распределения для поверхностей переноса нагрузки.

Вы также можете установить 'поверхностный вес' для поверхности переноса нагрузки, чтобы, например, учитывать собственный вес остекления.

В разделе 'Без воздействия' вы можете исключить балки, линии и узлы из передачи нагрузки (например, обвязки). Определите объекты по отдельности или выберите образцовый объект, который расположен параллельно балкам или линиям без нагрузки.

Если ограничительные линии поверхности определены, в разделе 'Нагруженные объекты' отображаются нагруженные балки, линии и узлы. Если вы хотите специфическое распределение нагрузки, отметьте во вкладке 'Основные' контрольное поле Фактор распределения нагрузки. Затем вы можете индивидуально задать коэффициенты для нагруженных объектов на вкладке Факторы распределения нагрузки.

При передаче нагрузки через полосы поверхности вы можете учитывать 'Эксцентриситет балки' или 'распределение сечения', чтобы правильно отобразить геометрическое расположение балки или её контур (см. главу Распределение сечения). По умолчанию контрольное поле 'Пренебрегать равновесием моментов' не активно. Это позволяет формировать момент из нагрузок на поверхности до центра тяжести и сравнивать его с моментом из нагрузок на балки до центра тяжести. Однако для узловых нагрузок эта опция не имеет значения. Следующее изображение показывает, как свободная линейная нагрузка распределяется на противоположные балки с и без учета равновесия моментов.

Тип геометрии

Тип геометрии описывает формальное понятие поверхности. В списке доступны различные типы.

Плоская

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

Вы можете графически определить поверхность (после нажатия 'OK' в диалоге) путем создания прямоугольника, круга и т.д. Если вы выберете 'Ограничение', RFEM автоматически распознает поверхность, как только будет задано достаточное количество ограничительных линий.

Четырехугольник

Этот тип поверхности описывает в своей основной форме общую четырехстороннюю поверхность. В качестве ограничительных линий могут быть прямые линии, дуги, полилинии и сплайны. Так можно моделировать изогнутые поверхности.

Задайте в диалоге 'Новая поверхность' ограничительные линии для поверхности-четырехугольника. Если замкнутая поверхность не может быть сформирована четырьмя линиями, допустимо использовать более четырех линий. Во вкладке 'Четырехугольник' затем указываются четыре граничных узла. Они определяют, как будет натянута изогнутая поверхность.

NURBS

Поверхности NURBS формируются из четырех замкнутых линий NURBS (см. главу Линии). Так можно моделировать практически любые свободные поверхности.

Задайте в диалоге 'Новая поверхность' ограничительные линии для поверхности NURBS. Пары линий NURBS должны иметь одинаковое количество контрольных точек, чтобы порядок этих линий NURBS был "совместимым". На вкладке 'NURBS' можно затем влиять на форму поверхности через 'вес контрольных точек'. Координаты выбранной контрольной точки указаны в разделе 'Координаты - контрольная точка'.

Усеченная

Когда поверхности пересекаются, вы можете быстро создать пересечение: Выберите поверхности и откройте контекстное меню. Есть различные варианты на выбор.

С помощью опции 'Создать пересечение' создается только линия пересечения. При выборе одной из опций 'Разделить через пересечение', RFEM создает части поверхности и присваивает им тип 'усеченная'. Затем вы можете удалить компоненты, если важно, например, убрать выступающие поверхности.

Ротация

Повернутая поверхность создается, когда существующая линия поворачивается вокруг оси. RFEM создает поверхность из начальных и конечных узлов, а также повернутых точек определения линии. При этом создаются новые линии.

Задайте во вкладке 'Ротация' ограничительную линию поверхности, которую нужно повернуть. Укажите угол ротации α. Точки оси вращения можно задать с помощью координат или нажатием на кнопку графически.

Труба

Поверхность трубы создается, когда центральная линия трубы вращается с радиусом вокруг этой оси. При этом создаются новые линии: два круга и параллельная трубной оси полилиния.

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

Если поперечное сечение трубы сужается, активируйте контрольное поле 'Разный радиус в конце' и укажите соответствующее значение.

Сплайн с минимальной кривизной

С помощью этого типа геометрии можно создать изогнутую поверхность через контрольные узлы, которые могут располагаться на поверхности или снаружи. Так, например, можно моделировать поверхности рельефа.

Определите 'Систему координат' опорной плоскости и укажите 'Координаты пробных пунктов в системе координат'. Эти точки представляют собой контрольные узлы сплайн-поверхности. Затем укажите 'Ограничительные линии опорной плоскости' или графически выберите линии, нажав на кнопку .

Толщина с материалом

Выберите в списке доступные толщины подходящий тип или определите новую толщину (см. главу Толщины).

Материал толщины

Материал толщины, заданной в верхнем разделе, установлен по умолчанию. Если необходимо, в списке уже созданных материалов можно выбрать другой материал или определить новый (см. главу Материалы). Этот материал затем будет назначен для типа толщины.

Шарниры

С помощью шарнира можно управлять передачей внутренних усилий вдоль линии поверхности (см. главу Линейные шарниры. После установки флажка можно определить тип шарнира во вкладке 'Шарниры'.

Опоры

Если поверхность эластично поддержана, во вкладке 'Опоры' можно выбрать или определить новое поверхностное основание (см. главу Поверхностные опоры).

Соединения

Чтобы развязать модель на поверхности, вы можете выбрать или определить новое соединение поверхности на вкладке 'Соединения' (см. главу Соединения поверхностей).

Эксцентриситет

С помощью эксцентриситета можно смоделировать вертикальное смещение всей поверхности (см. главу Эксцентриситеты поверхностей). Вы можете задать тип смещения на вкладке 'Эксцентриситет'.

Фактор распределения нагрузки

Для поверхности типа Передача нагрузки можно установить коэффициенты распределения для нагруженных объектов. Установив контрольное поле, вы можете индивидуально присвоить эти коэффициенты в новой вкладке.

Нагруженные объекты для поверхности переноса нагрузки установлены в строке по умолчанию. Всем объектам присвоен коэффициент 1.00, так что все объекты вносят равномерный вклад в передачу нагрузки. Если вы хотите специфическое распределение, щелкните в следующей свободной строке и выберите линию или балку. Затем укажите подходящий 'коэффициент распределения'.

Уточнение сетки

Размер ячейки сетки конечных элементов может быть настроен по геометрии поверхности (см. главу Уточнение сетки поверхностей). Он не зависит от общих настроек сети. На вкладке 'Уточнение сетки' можно выбрать или определить новое уточнение сетки поверхность.

Специфические оси

Каждая поверхность имеет локальную систему координат. В обычных условиях она ориентирована параллельно глобальным осям. Однако, систему координат возможно задать пользователем отдельно для ввода и вывода.

Оси ввода

Ориентация осей ввода важна, например, для свойств ортотропии и поддержки, а также для воздействия поверхностной нагрузки.

Список в разделе 'Категория' предлагает различные способы корректировки ориентации осей:

• Поворот под углом: поворот осей x и y поверхности вокруг оси z на угол α
• Ось параллельна линиям: ориентация оси x или y вдоль линии
• Ось направлена к точке: ориентация оси x или y к точке пересечения линии с поверхностью
• Ось параллельна системе координат: ориентация осей по пользовательской системе координат

Вы можете определить объекты ссылки графически с помощью кнопки .

Контрольное поле 'Перевернуть локальную ось z' позволяет развернуть оси z и y в противоположных направлениях.

Оси вывода

В настоящее время ориентация осей вывода возможна только 'идентична осям ввода'.

Сетка для результатов

Каждая поверхность покрыта сеткой, используемой для вывода результатов в таблицах. Она позволяет выводить данные, независимо от сетки конечных элементов, в регулярных, настраиваемых узлах сетки.

По умолчанию задана картезианская сетка поверхности с равномерным интервалом между узлами сетки в обе стороны по 0,5 м. При необходимости, вы можете скорректировать здесь 'интервалы сетки' в направлении x (b) и направлении y (h), сделать 'поворот сетки' или изменить 'начало сетки'. Для кольцевых поверхностей тип сетки 'Полярный' предлагает альтернативу для числового вывода результатов.

Если в разделе 'Опции' установлено контрольное поле 'Автоматически подстраивать', узлы сетки будут подстроены при изменении поверхности в соответствии с новой геометрией.

В разделе 'Точки' вы можете проверить координаты генерируемых узлов сетки. Изменения в таблице невозможны.

Интегрированные объекты

RFEM обычно автоматически распознает все объекты, которые находятся в поверхности, но не были использованы для определения самой поверхности.

Номера интегрированных в поверхность узлов, линий и отверстий 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' становятся доступными. Дополните недостающий номер объекта или используйте кнопку для графического определения объекта.

Включение передачи нагрузки

Контрольное поле позволяет распределять нагрузку на поверхность - независимо от её типа жесткости - с помощью поверхности переноса нагрузки. Таким образом, поверхность оказывает влияние на модель через свою жесткость. Распределение нагрузки на соседние объекты управляется параметрами, которые можно установить во вкладке Передача нагрузки. Эта функция важна в первую очередь для поверхностей типа толщины Балочная пластина.

Деактивация для расчета

Контрольное поле предлагает возможность исключить поверхность из расчета, например, для моделирования строительных условий или исследования варианта моделирования. Жесткость, краевые условия и нагрузки поверхности в этом случае не учитываются.

Информация | Аналитическая

Этот раздел показывается, как только вы задаете ограничительные линии поверхности. Он предоставляет обзор важных свойств поверхности, таких как площадь, объем и масса, а также расположение центра тяжести поверхности и её ориентация. Отверстия учитываются соответственно.