Σύγκριση μεταξύ 1D, 2Στοιχεία D και 3D στη δομική ανάλυση

Εισαγωγή

Οι δομικοί μηχανικοί χρησιμοποιούν μια μεγάλη ποικιλία μελών ήδη από την εννοιολογική φάση ενός κτιρίου ή έργου υποδομής. Ακριβής μοντελοποίηση τέτοιων μελών χρησιμοποιώντας λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων, όπως το SkyCiv, έχει μεγάλη σημασία στη διαδικασία σχεδιασμού, Η ακριβής μοντελοποίηση των μελών μπορεί να μειώσει το κόστος και να εξασφαλίσει έναν ασφαλή σχεδιασμό. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι μοντελοποίησης για την προσομοίωση της δομικής συμπεριφοράς των στηλών, δοκάρια, τοίχους, ή πλάκες χρησιμοποιώντας 1D, 2D και 3D στοιχεία. Αυτό το άρθρο εξηγεί τις κύριες διαφορές μεταξύ των διαφόρων τεχνικών μοντελοποίησης που χρησιμοποιούνται σε έναν κανονικό κύκλο σχεδιασμού μηχανικών. ΕΙΔΙΚΑ, εστιάζοντας στη μοντελοποίηση, κατάσταση στρες και παραμόρφωση, και αποτελέσματα.

Φάση μοντελοποίησης (προεπεξεργασία)

Γεωμετρία

1Οι προσεγγίσεις μοντελοποίησης D χρησιμοποιούνται για τη μοντελοποίηση μελών τύπου γραμμής, όπως στηλών / προβλήτες, δοκάρια ή πασσάλους. Η αναπαράσταση της γραμμής ορίζεται από τον χρήστη μέσω μιας ενότητας και όλων των γεωμετρικών ιδιοτήτων του μέλους (πλάτος, ύψος, και τα λοιπά.).

2Οι τεχνικές μοντελοποίησης D χρησιμοποιούνται συνήθως για μέλη τύπου πλάκας όπως τοίχους, πλάκες, κοχύλια, στηρίγματα γεφυρών, δεξαμενές, σιλό ή θόλους. Για όλα αυτά τα μέλη, Οι δύο διαστάσεις κάθετες στο πάχος θεωρούνται πολύ μεγαλύτερες από το πάχος. Επομένως, μόνο ο πάχος της πλάκας πρέπει να οριστεί ως ιδιότητα ενότητας από τον χρήστη πριν από την ανάλυση. Ωστόσο, Υπάρχουν περιορισμοί όταν χρησιμοποιούνται τεχνικές μοντελοποίησης 2D, καθώς πρέπει να τηρούνται αυστηροί κανόνες, προκειμένου να επιτύχουμε τα πιο ακριβή αποτελέσματα. Οι βασικοί κανόνες που ακολουθούν είναι η αναλογία μεταξύ του πάχους και της περιοχής της ίδιας της πλάκας, καθώς η χρήση μιας πλάκας αναλογίας πολύ μεγάλου πάχους προς περιοχή θα εισέλθει στη σφαίρα της τρισδιάστατης μοντελοποίησης όπου όλες οι παραδοχές που γίνονται χρησιμοποιώντας 2D στοιχεία δεν ισχύουν πλέον.

3Τα στοιχεία D μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μοντελοποίηση οποιουδήποτε δομικού μέλους. Σε αυτήν την περίπτωση, κάθε μέλος του μοντέλου διαιρείται συνήθως σε ίσα ογκομετρικά τρισδιάστατα στοιχεία. Όπως έχει, Προγράμματα CAD (όπως το SolidWorks) χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία αυτών των τρισδιάστατων μοντέλων, Παρέχει την ευκαιρία να δημιουργήσει πιο πολύπλοκα μοντέλα 3D που χρησιμοποιούνται για δομική ανάλυση. Για παράδειγμα, το ίδιο πλαίσιο ποδηλάτου που φαίνεται με τα στοιχεία 1D μπορεί να αναπαραχθεί χρησιμοποιώντας στοιχεία 3D, με το ακόλουθο αποτέλεσμα:

Πηγή: SimScaleΈνα μεγάλο μειονέκτημα της χρήσης τρισδιάστατων στοιχείων, είναι η μοντελοποίηση του (το παραπάνω μοντέλο μπορεί να διαρκέσει έως και 10 φορές περισσότερο από το μοντελοποίηση 1D ) και επίλυση του χρόνου. 3Τα στοιχεία D προσπαθούν να συλλάβουν πλήρως τη φυσική του μοντέλου, εσωτερικά και εξωτερικά με τη χρήση υπολογισμών-βαρέων υπολογισμών που απαιτούνται για την επίλυση της ανάλυσης με κόστος περισσότερο χρόνο που αφιερώνεται στο ίδιο το μοντέλο.

Πλέγμα

Καθώς η σύνδεση είναι ένα κρίσιμο βήμα σε οποιαδήποτε δομική ανάλυση, Είναι σημαντικό οι χρήστες να γνωρίζουν τον αντίκτυπο που παίζει το πλέγμα στο 1D, 2ρε, και τρισδιάστατα στοιχεία σε ένα μοντέλο.

Οπως προαναφέρθηκε, 1Τα στοιχεία D χρησιμοποιούνται συνήθως για την αναπαράσταση μελών γραμμής και μπορούν να παρέχουν ακριβή συμπεριφορά κάμψης ενός μέλους. 1Το D elemen meshing είναι η διαίρεση του μέλους σε πολλαπλά τμήματα, Αυτό δεν επηρεάζει το συνολικό αποτέλεσμα, αλλά περισσότερα τμήματα επιτρέπουν ομαλότερη και καλύτερη απεικόνιση των αποτελεσμάτων.

2Τα στοιχεία D και 3D παρουσιάζουν παρόμοια χαρακτηριστικά όσον αφορά τη σύνδεση. Κάθε μέλος μέσα στο μοντέλο χωρίζεται σε πολλά μέρη ενός συγκεκριμένου σχήματος, το μέγεθος ματιών του μοντέλου επηρεάζει τα τελικά αποτελέσματα και ότι το λεπτότερο είναι το πλέγμα (χρησιμοποιούνται μικρότερα σχήματα) όσο περισσότερο χρόνο απαιτείται για την επίλυση του μοντέλου. Υπάρχουν δύο σχήματα που χρησιμοποιούνται και για τα δύο 2D στοιχεία στο πλέγμα, τετράπλευρα και τριγωνικά στοιχεία. 3Τα σχήματα στοιχείων D είναι παραλλαγές που προέρχονται από τα σχήματα στοιχείων 2D, Συνήθως χρησιμοποιούμενα σχήματα είναι εξάδρον, τετραεδρον, σφήνες και πυραμίδες με καθεμία να προσφέρει διαφορετικά οφέλη για την καλύτερη μοντελοποίηση της φυσικής του ίδιου του μοντέλου.

Παραγωγή (μετεπεξεργασία)

Τα αποτελέσματα της ανάλυσης για τα μέλη που μοντελοποιούνται χρησιμοποιώντας στοιχεία 1D δίδονται συνήθως σε όρους διατμητικής δύναμης και ροπής κάμψης για τους δύο κύριους άξονες των μελών καθώς και αξονική δύναμη και στρεπτική ροπή γύρω από τον άξονα που συνδέει και τα δύο άκρα του μέλους.

Παράδειγμα διαγράμματος δύναμης κάμψης Moment σε λογισμικό ανάλυσης 1DΓια 2D στοιχεία, η έξοδος απεικονίζεται ως αξονική δύναμη, δύναμη διάτμησης, ροπή κάμψης και ροπή στρέψης ανά μήκος μονάδας.

Τέτοια αποτελέσματα μπορεί να περιλαμβάνουν:

• • Μεμβρανικές δυνάμεις
  • Δύναμες διάτμησης / ροπής στο επίπεδο
  • Μετατοπίσεις (Χ,και,με, άθροισμα)
  • Κουρεύω (Von-mises, απευθείας, κουρεύω, κύριος / δευτερεύων διευθυντής)

Πότε, υιοθετούνται στοιχεία από τούβλα, τα αποτελέσματα δίνονται σε όρους στρες. Επομένως, τις εσωτερικές δυνάμεις και τις αντιδράσεις υποστήριξης των μελών όπως τα τοιχώματα διάτμησης, Τα κελύφη ή οι πλάκες μοντελοποιημένων με στοιχεία 2D ή στοιχεία τούβλου λαμβάνονται μέσω ολοκλήρωσης εσωτερικών δυνάμεων / ροπών ανά μήκος μονάδας ή τάσεων στο μήκος ή στην περιοχή ενδιαφέροντος, αντίστοιχα.