在 RFEM 中找形

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附加模块RF-FORM-FINDING确定RFEM中膜单元和索单元的平衡形状。 在该计算过程中,程序会搜索这样一个几何位置,即膜和索的表面应力/预应力在自然和几何边界条件下处于平衡状态。 该过程称为找形(以下简称FF)。 FF计算可以在RFEM中全局激活,在模型的“常规数据”的“选项”选项卡中。 选择相应的选项后,在RFEM中创建一个新的荷载工况或一个称为RF-FORM FINDING的计算过程,另外一个FF参数用于定义在输入电缆和膜时的表面应力和预应力。 通过激活FF选项,程序总是在结构计算内力,变形,特征值等之前开始找形过程,并生成相应的预应力模型用于进一步的分析。

图片 01 - 基本数据

输入

在定义轻型结构模型时,可能会发现膜和索的几何位置不清楚。 找到这个位置并固定它是FF过程的任务。 RFEM首先需要输入FF-元素。 该条目为程序提供了以下信息:点之间是电缆,线面之间是膜。 此外,初始输入需要确定膜的经,纬方向的表面应力值,包括其施加方法(拉力或投影),以及根据FF起作用的索单元的预应力水平或垂度计算。 应该注意的是FF单元的初始形状是无关紧要的。 输入FF单元的初始数据时,只需要确保所有需要的连接节点和线都集成在面/杆件中,并且网格划分过程可以生成所有单元的网格。 如果网格划分失败,则在计算之前直接结束计算。

图片 02 - 菜单栏

找形

网格划分成功后,程序开始FF处理。 该过程采用初始输入的网格几何形状和面应力/预应力,并移动网格单元的位置,直到有限元单元上的面应力与边界条件达到平衡。 膜网格单元表面应力的描述可以用两种方法定义。 拉伸方法描述了一个面应力矢量,该面应力矢量可以在空间中自由移动直到到达目标位置。 相反,投影法描述的是表面应力矢量,该矢量可以在空间中部分移动并且固定在其XY坐标上。 特别是对于圆锥形的旋转对称模型,在预应力矢量在空间中自由移动的情况下,切向矢量会收缩到中心点。 您可以通过使用投影法将表面应力矢量固定在XY平面中来抵消这种反作用。

该转换步骤由Dr.-Ing教授通过URS方法(更新的参考策略, https ://mediatum.ub.tum.de/node?id =1095271 )迭代确定。 K.-U. Bletzinger和E. Ramm 为了控制迭代过程,在计算参数对话框中有一个“找形”选项卡。 提供以下选项:

最大迭代数目
通常,在满足所有公差极限之前,FF计算应该在达到该极限之前结束。 如果达到最大迭代次数后仍未达到公差极限,程序将显示一条警告消息,提示您可以选择继续使用中间结果。

加载预应力的迭代次数
该数值指定了FF计算在多少次迭代中对预定义值的单元施加预应力。 当超出该极限时,程序将在FF计算过程中停止以起始值重复施加预应力。 通过使用拉力法增加各向同性面应力或通过投影法增加各向同性/各向同性面应力的值,程序收敛到一个稳定的解。 由于双轴曲率,只能通过拉力法找到正交各向异性面应力的近似解。

考虑荷载工况的自重
除了明确定义的面应力/预应力,该荷载工况分配还允许您使用自重作为FF计算的约束。

集成了初步找形
在大多数情况下,该选项可以加快全局FF的速度。 初步找形分析是在有限元面单元的位置进行位移,假设刚体边缘位于靠近目标解的位置。 在该步骤之后,实际的FF迭代过程已经开始。 由于在初始位置和目标位置之间的距离通常会由于初步分析而减少,因此实际的迭代计算应该覆盖到目标位置的一条小路径,从而节省了一定的计算时间。

根据找形结果生成NURBS面/线并重新生成找形结果
这用于确定新的模型输入。 通常情况下,在FF计算之后,程序会显示应用面应力/预应力生成的位移网格。 该网格几何形状可以在程序中显示,但是不能编辑和修改。 所有输入和分析(后续荷载,结果评估等)只能在初始输入。
如果FF网格的几何形状偏离初始几何形状很远,NURBS变换可以为您提供帮助。 该选项在确定的FF几何形状中变换FF几何形状(膜面,膜边界线和索线)。 由于FF几何形状通常具有多重弯曲的形状,并且相应的线几何形状不能再用其他线,圆弧,样条曲线或平面,圆柱面或四边形面的面几何形状进行编辑,因此该选项可以在非均匀有理B样条曲线(NURBS)的阶数为9。 这些NURBS单元代表相应的线和面定义,这些线和面定义近似匹配先前确定的FF几何形状。
在RFEM中,NURBS面的入口固定为具有4条边界线的面类型。 这意味着该程序只能根据面中间的边沿均匀分布4条边界线在面上的必要矩阵节点的位置并进行相应的评估。 此外,在特殊情况下可以使用三条边界线,因为该计算模型与四边形面不同的是考虑了边界线的长度为0。 因此,在零线拐角处的矩阵节点分布被强烈压缩。
转换后,程序将在以前的FF几何结构的基础上使用NURBS面创建一个新的有限元网格,并且没有附加的变形,然后开始FF计算。 由于NURBS单元非常接近先前找到的FF几何形状,因此计算过程通常只需几次迭代就可以找到一个解。 如所预期的,在这些NURBS转换的情况下,通过FF计算得出垂直于膜平面的近似零变形以及预期的表面应力/预应力。 但是在某些情况下,膜平面会发生FF变形。 然而,这并不与假设相抵触,因此可以接受。

找形收敛准则的公差
该选项指定求解精度。 该值修改FF计算的内部调整精度。 小于1的值将提高精度,并强制程序进行迭代计算,直到达到减小的公差极限。 FF计算作为迭代之间的标准,验证了变形以及单元力和反作用之间的平衡。

收敛速度
该选项控制计算的稳定性。 纯FF计算将绝对刚度应用于膜面。 该值可以用设定值修改。 小于1的值会增加刚度,因此收敛速度较慢,但计算稳定性更高。 这样可以避免在计算FF时出现不稳定性。

图片 03 - 计算参数

结果

计算完FF后,结果显示在“ RF-FORM-FINDING”荷载工况下。 结果导航器与通常的结构设计相同,只是没有进行FF分析。 变形结果描述了初始输入和确定的平衡形状之间的变形。 杆件和面的结果显示了考虑了FF参数的平衡形状的受力或受力情况。 “ RF-FORM-FINDING”荷载工况代表了一个新的具有面应力/预应力的模型。 然后,在随后的计算中,例如风荷载等特定的面荷载输入,使用模型“ RF-FORM-FINDING”以及所有相应的影响作为初始配置。 在这些随后的荷载工况中,变形作用于预先确定的平衡形状。

图片 04 - 模型

关键词

找形 FF URS 翘曲 纬线 聚四氟乙烯 ETFE 拉力 子结构

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RFEM 主程序 RFEM
RFEM 5.xx

主程序

结构设计与有限元­分析软件(FEA)可以用于建立 平面与空间结构模型,适用于由杆件、面、 板、墙、折板、膜、壳、实体以及接触单元等的建模与分析计算。

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RFEM 张拉膜结构
RF-FORM-FINDING 5.xx

附加模块

索膜结构找形分析

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1,750.00 USD