Η μετατροπή και επαλήθευση μοντέλων FE στο SkyCiv μέσω API

Στην εποχή μας, Το FEM είναι το κύριο εργαλείο για τη δομική ανάλυση και το σχεδιασμό διαφόρων τύπων δομών στον κόσμο. Κατά τη δημιουργία ενός μοντέλου δομής FE, μπορούν να διακριθούν οι τρεις κύριες προσεγγίσεις. Υπάρχει δηλαδή μια προσέγγιση μοντελοποίησης χαμηλού επιπέδου, προσέγγιση μοντελοποίησης υψηλού επιπέδου, και τη δημιουργία μοντέλων FE μέσω εντολών μέσω API.

Η προσέγγιση μοντελοποίησης χαμηλού επιπέδου βασίζεται στη μοντελοποίηση βήμα προς βήμα χρησιμοποιώντας τη λειτουργία λογισμικού FEM σε κάθε βήμα μοντελοποίησης. Το μοντέλο FE δημιουργείται χειροκίνητα. Ο μηχανικός ορίζει με μη αυτόματο τρόπο τους κόμβους στο διάστημα, ορίστε FE μεταξύ κόμβων, καθορισμένα υλικά, ορίστε φορτία, θέτουν οριακές συνθήκες, και τα λοιπά. Αυτή η προσέγγιση μοντελοποίησης είναι η κύρια και ευρέως χρησιμοποιούμενη μεταξύ των μηχανικών.

Η προσέγγιση υψηλού επιπέδου βασίζεται στα ειδικά πρότυπα στο λογισμικό FEM, που προσαρμόζονται για ορισμένους τύπους δομών. Αυτό μπορεί να είναι ένα παράθυρο διαλόγου στο οποίο ένας μηχανικός εισάγει τα δομικά δεδομένα. Στη συνέχεια, το λογισμικό δημιουργεί αυτόματα ένα έτοιμο μοντέλο FE από αυτά τα δεδομένα. Αυτή η προσέγγιση μπορεί να θεωρηθεί αφηρημένη αφού ένας μηχανικός αφιερώνει χρόνο στη δημιουργία του μοντέλου FE.

Η τρίτη προσέγγιση είναι μία από τις πιο ισχυρές και ευέλικτες στη δημιουργία μοντέλων δομών FE. Εδώ η διαδικασία δημιουργίας μοντέλου FE μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσω ενός σεναρίου που περιλαμβάνει ειδικές εντολές εκτέλεσης.

Χρησιμοποιήστε περιπτώσεις μοντέλων FEM που βασίζονται σε σενάρια

Αυτό σημαίνει ότι ο μηχανικός μπορεί να περιγράψει την ακολουθία της αυτόματης παραγωγής μοντέλου FE, ανάλυση, αποτελέσματα μετά την επεξεργασία χρησιμοποιώντας τη μορφή ενός κειμένου. Ένα τέτοιο εργαλείο δίνει δυνατότητες στην ανάλυση δομής με βελτιστοποίηση σε σύγκριση με τις δύο προηγούμενες προσεγγίσεις. Παρακάτω είναι οι κύριοι τομείς της εφαρμογής API για δομική ανάλυση και σχεδιασμό:

1. Ο μηχανικός μπορεί να δημιουργήσει ένα σύνολο προτύπων για αυτόματη παραγωγή μοντέλου FE. Για παράδειγμα, ένας μηχανικός ασχολείται με ένα τμήμα αυτοκινητόδρομου στο οποίο πρέπει να βρίσκονται πολλές διαφορετικές γέφυρες του ίδιου τύπου. Η τοπολογία της δομής της γέφυρας είναι η ίδια, αλλά μόνο ορισμένες βασικές παράμετροι πρέπει να αλλάξουν, όπως το πλάτος του δρόμου, το μήκος των ανοιγμάτων, τον αριθμό των κύριων δοκών και τα μεγέθη τους. Αναλόγως, μέσω του API, ο μηχανικός μπορεί να δημιουργήσει δέσμη ενεργειών για αυτόματη δημιουργία πολλών μοντέλων γέφυρας με τις υποδεικνυόμενες διαφορές μεταξύ τους και να πραγματοποιήσει ανάλυση με επακόλουθη αυτόματη μετα-επεξεργασία αποτελεσμάτων και σχεδιασμό μελών.

2. Στο στάδιο του σχεδιασμού των μελών, ένας μηχανικός μπορεί να επιλέξει αυτόματα την εποικοδομητική λύση που χρειάζεται μέσω επαναληπτικού υπολογισμού. Για παράδειγμα, είναι απαραίτητο να βελτιστοποιηθεί η δομή του σκελετού με βάση διάφορα κριτήρια, όπως η βέλτιστη εκτροπή, βέλτιστο βάρος, βέλτιστο ύψος ζευκτόν, το σχήμα των διαγωνίων και των διατομών των στοιχείων. Εδώ, ετοιμάζοντας ένα σενάριο, μέσω του API ένας μηχανικός μπορεί να δημιουργήσει και να αναλύσει αυτόματα όλες τις πιθανές επιλογές επαναληπτικά, και σταματήστε στο πιο βέλτιστο.

3. Ένα άλλο σημαντικό παράδειγμα χρήσης του API είναι η μεταφορά (μετατροπή) ενός έτοιμου μοντέλου FE στο SkyCiv από άλλο λογισμικό. Για παράδειγμα, αρκετές εταιρείες εργάζονται σε ένα κοινό έργο και υπάρχει ανάγκη διενέργειας δομικής ανάλυσης σε διαφορετικά λογισμικά. Μια τέτοια ανάγκη μπορεί να προκύψει για διάφορους λόγους, είτε για σύγκριση των αποτελεσμάτων για αξιοπιστία, ή σε ένα από τα λογισμικά δεν υπάρχουν συναρτήσεις ανάλυσης που υπάρχουν στο άλλο λογισμικό. Είναι χρονοβόρα η δημιουργία του μοντέλου FE από την αρχή παράλληλα. Ο πιο αποτελεσματικός τρόπος είναι να έχετε ένα έτοιμο μοντέλο FE σε ένα από τα λογισμικά και στη συνέχεια να το μεταφέρετε σε άλλο μέσω API.

Παράδειγμα μοντέλου API FEM για επαλήθευση: Γέφυρα Banghwa, Κορέα.

Σε αυτό το άρθρο, ως παράδειγμα της εφαρμογής API, ένα παράδειγμα μεταφοράς του μοντέλου FE από ένα λογισμικό στο SkyCiv περιγράφεται παρακάτω. Επίσης γίνεται συγκριτική ανάλυση. Ένα παράδειγμα της δομής της οποίας το μοντέλο FE θεωρείται είναι μια οδική γέφυρα που βρίσκεται στη Σεούλ, Δημοκρατία της Κορέας. Η γέφυρα και έχει το όνομα Banghwa Bridge, διασχίζει το Ποταμός Χαν και ήταν ενσωματωμένο 2000 έτος. Η δομή της γέφυρας παρουσιάζεται με τη μορφή ενός συνεχούς σχεδίου με πέντε ανοίγματα. Το κεντρικό άνοιγμα κατασκευάζεται με τη μορφή αψιδωτού δικτυώματος. Οι καμάρες δοκών ρέουν ομαλά στα κύρια δοκάρια σε παρακείμενα ανοίγματα. Αυτό δίνει ένα αρκετά όμορφο περίγραμμα των μορφών της γέφυρας από την μπροστινή όψη. Το μήκος της αψίδας είναι 180μ. Τα παρακείμενα ανοίγματα έχουν μήκος 102μ. Τα άκρα έχουν μήκος 78μ. Το συνολικό μήκος του τμήματος της γέφυρας είναι 540μ. Τα κύρια δομικά μέλη της γέφυρας είναι κατασκευασμένα από χάλυβα και περιλαμβάνουν κιβώτια και τμήματα Ι.

Το μοντέλο FE της γέφυρας θα μεταφερθεί στο SkyCiv από το λογισμικό SIMULIA Abaqus. Εδώ, το μοντέλο FE αποτελείται πλήρως από τρισδιάστατη δέσμη Τιμοσένκο FE με 6ο DOF. Το υλικό όλων των στοιχείων έχει ένα ελαστικό μέτρο είναι 210000 MPa, πυκνότητα είναι 76.98 kN / m3. Η ακαμψία όλων των στοιχείων παρουσιάζεται αριθμητικά. Να περιγράψει τη συμπεριφορά των στοιχείων υπό συμπίεση-ένταση, κάμψη, διατμητικά και στρεπτικά καθορισμένα χαρακτηριστικά, όπως εμβαδόν διατομής, αποτελεσματικούς τομείς, στρεπτική αντίσταση και στιγμές αδράνειας.

Το λογισμικό SIMULIA Abaqus επιτρέπει την αποθήκευση όλων των δεδομένων του μοντέλου FE ως αρχείο κειμένου. Στην οποία τα δεδομένα όπως οι συντεταγμένες κόμβου, ΦΕ, ιδιότητες υλικού, οριακές συνθήκες, και τα λοιπά. εμφανίζονται ως ένα σύνολο γραμμών σεναρίου. Παρακάτω είναι ένα παράδειγμα μιας τέτοιας αναπαράστασης.

Ως κανονας, μια κειμενική αναπαράσταση των δεδομένων από διαφορετικό λογισμικό συντάσσεται με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί εύκολα να διαβαστεί και να αναγνωριστεί χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε γλώσσα προγραμματισμού. Από αυτό, είναι προφανές ότι όλα τα δεδομένα του μοντέλου FE μπορούν να αναγνωριστούν και να μεταφερθούν (έχει μετατραπεί) σε μορφή που αναγνωρίζεται στο SkyCiv. Σε αυτήν την περίπτωση, αυτή είναι η μορφή JSON. Μια λεπτομερής περιγραφή αυτής της μορφής και οι κανόνες για την παρασκευή της μπορούν να μελετηθούν εδώ … (Σύνδεσμος). Παρακάτω είναι τα θραύσματα του αρχείου JSON που έχει μετατραπεί και η προβολή του μοντέλου που έχει μετατραπεί στο SkyCiv.

Επαλήθευση Αποτελεσμάτων

Τώρα, σύγκριση των αποτελεσμάτων της ανάλυσης σε δύο λογισμικά SIMULIA Abaqus και SkyCiv. Η σύγκριση ξεκινά από έναν στατικό υπολογισμό με τη δράση της δομής μόνος-βάρους. Το αυτο-βάρος εφαρμόζεται από το λογισμικό αυτόματα με τη μορφή κατανεμημένου φορτίου, που καθορίζεται πολλαπλασιάζοντας το εμβαδόν του στοιχείου με την πυκνότητα του υλικού του. Παρακάτω είναι ένα παράδειγμα του περιγράμματος κάθετης εκτροπής και του μεγέθους. Η μέγιστη μετατόπιση στο SkyCiv είναι 68.12 χιλ. Στο SIMULIA Abaqus η μέγιστη μετατόπιση είναι 67.85 χιλ. Όπως φαίνεται, η ασυμφωνία είναι ασήμαντη, λιγότερο από 1%.

Αποτελέσματα εκτροπής

Το παρακάτω είναι μια σύγκριση των ιδιομορφών και των ιδιοτιμών των δομών με βάση τις κομβικές μάζες των στοιχείων που μετατρέπονται από το δικό τους βάρος. Η πρώτη ιδιομορφία εμφανίζει κάμψη μελών στο επίπεδο της γέφυρας. Στο SkyCiv η συχνότητα είναι 0.991 Ηζ, ταυτόχρονα στο SIMULIA Abaqus η συχνότητα είναι 0.981 Ηζ. Ο δεύτερος eigenmode χαρακτηρίζεται από την εγκάρσια κάμψη του καταστρώματος γέφυρας στο οριζόντιο επίπεδο. Στο SkyCiv η συχνότητα είναι 1.77 Hz και στο SIMULIA Abaqus η συχνότητα είναι 1.72 Ηζ. Μπορεί να φανεί ότι οι ιδιομορφές δομής και στα δύο λογισμικά είναι οι ίδιες. Η διαφορά μεταξύ των ιδιοτιμών μεταξύ του λογισμικού είναι εντός 3%.

Τρόπος 8 Αποτελέσματα

Τρόπος 16 Αποτελέσματα

Το παραπάνω υλικό παρουσιάζει τη διαδικασία αποτελεσματικής επίλυσης ενός από τα καθήκοντα εφαρμογής του API στην πράξη. Η δημιουργία API δέσμης ενεργειών παρέχει εκτεταμένες ευκαιρίες για τη δημιουργία μοντέλου FE εάν δομής, συμπεριλαμβανομένης της μεταφοράς υπαρχόντων μοντέλων από άλλο λογισμικό για επιτυχείς και ακριβείς υπολογισμούς στο SkyCiv. Το παρακάτω υλικό θα δείξει άλλα παραδείγματα χρήσης του API στο SkyCiv.

Σύνοψη των αποτελεσμάτων επαλήθευσης

Μάικλ Μάγκιν
Δομικός μηχανικός, Ανάπτυξη προϊόντων
ΜΕΝ (Εμφύλιος)
[email protected]