La conversion et la vérification des modèles FE dans SkyCiv via API

De nos jours, FEM est le principal outil d'analyse structurelle et de conception de divers types de structures dans le monde. Lors de la création d'un modèle FE de structure, les trois principales approches peuvent être distinguées. À savoir, il existe une approche de modélisation de bas niveau, une approche de modélisation de haut niveau, et la génération de modèles FE via des commandes via API.

L'approche de modélisation de bas niveau est basée sur la modélisation étape par étape utilisant la fonctionnalité logicielle FEM à chaque étape de la modélisation. Le modèle FE est créé manuellement. L'ingénieur définit manuellement les nœuds dans l'espace, définir FE entre les nœuds, définir les matériaux, définir des charges, définir les conditions aux limites, etc. Cette approche de modélisation est la principale et largement utilisée par les ingénieurs.

L'approche de haut niveau est basée sur les modèles spéciaux du logiciel FEM, qui sont adaptés à certains types de structures. Cela peut être une boîte de dialogue dans laquelle un ingénieur entre les données structurelles. Ensuite, le logiciel génère automatiquement un modèle FE prêt à l'emploi à partir de ces données. Cette approche peut être considérée comme abstraite car un ingénieur passe du temps sur le modèle FE à créer.

La troisième approche est l'une des plus puissantes et flexibles dans la création de modèles EF de structures. Ici, le processus de création du modèle FE peut être effectué via un script qui comprend des commandes d'exécution spéciales.

Cas d'utilisation de modèles MEF basés sur des scripts

Cela signifie que l'ingénieur peut décrire la séquence de la génération automatique du modèle FE, une analyse, post-traitement des résultats sous la forme d'un texte. Un tel outil donne des capacités dans l'analyse de la structure avec optimisation par rapport aux deux approches précédentes. Vous trouverez ci-dessous les principaux domaines d'application API pour l'analyse structurelle et la conception:

1. L'ingénieur peut créer un ensemble de ses propres modèles pour la génération automatique de modèle FE. Par exemple, un ingénieur s'occupe d'un tronçon de route sur lequel plusieurs ponts différents du même type doivent être situés. La topologie de la structure du pont est la même, mais seuls quelques paramètres de base doivent être modifiés, comme la largeur de la route, la longueur des travées, le nombre de poutres principales et leurs dimensions. En conséquence, via l'API, l'ingénieur peut créer un script pour la génération automatique de nombreux modèles de ponts avec les différences indiquées entre eux et effectuer une analyse avec un post-traitement automatique ultérieur des résultats et de la conception des membres.

2. Au stade de la conception des membres, un ingénieur peut sélectionner automatiquement la solution constructive dont il a besoin grâce à un calcul itératif. Par exemple, il est nécessaire d'optimiser la structure en treillis en fonction de plusieurs critères, comme la déflexion optimale, poids optimal, hauteur de ferme optimale, la forme des diagonales et des sections transversales des éléments. Ici, en préparant un script, via l'API, un ingénieur peut créer et analyser automatiquement toutes les options possibles de manière itérative, et arrêtez-vous au plus optimal.

3. Un autre exemple important d'utilisation de l'API est le transfert (conversion) d'un modèle FE prêt à l'emploi dans SkyCiv à partir d'un autre logiciel. Par exemple, plusieurs entreprises travaillent sur un projet commun et il est nécessaire de réaliser l'analyse structurelle dans différents logiciels. Un tel besoin peut survenir pour plusieurs raisons, soit pour comparer les résultats pour la fiabilité, ou dans l'un des logiciels, il n'y a pas de fonctions d'analyse dans l'autre logiciel. La création du modèle FE à partir de zéro en parallèle prend du temps. Le moyen le plus efficace est d'avoir un modèle FE prêt à l'emploi dans l'un des logiciels, puis de le transférer vers un autre via l'API.

Exemple de modèle API FEM pour la vérification: Pont de Banghwa, Corée.

Dans cet article, comme exemple d'application API, un exemple de transfert du modèle FE d'un logiciel dans SkyCiv est décrit ci-dessous. Une analyse comparative est également effectuée. Un exemple de la structure dont le modèle FE est considéré est un pont routier situé à Séoul, République de Corée. Le pont et porte le nom de Banghwa Bridge, traverse le Rivière Han et il a été construit en 2000 an. La structure du pont est présentée sous la forme d'un schéma continu à cinq travées. La travée centrale est réalisée sous la forme d'une ferme en arc. Les arcs en treillis coulent en douceur dans les fermes principales dans les travées adjacentes. Cela donne un assez beau contour des formes du pont vu de face. La longueur de la voûte est de 180 m. Les travées adjacentes ont une longueur de 102 m. Les travées d'extrémité ont une longueur de 78 m. La longueur totale de la section du pont est de 540 m. Les principaux éléments de structure du pont sont en acier et comprennent des sections en caisson et en I.

Le modèle FE du pont sera transféré dans le SkyCiv à partir du logiciel SIMULIA Abaqus. Ici, le modèle FE est entièrement composé de faisceau 3D Timochenko FE avec 6ème DOF. Le matériau de tous les éléments a un module élastique est 210000 MPa, la densité est 76.98 kN / m3. La rigidité de tous les éléments est présentée numériquement. Décrire le comportement des éléments sous compression-tension, la capacité en flexion, caractéristiques définies de cisaillement et de torsion telles que la section transversale, zones efficaces, résistance à la torsion et moments d'inertie.

Le logiciel SIMULIA Abaqus permet de sauvegarder toutes les données du modèle FE sous forme de fichier texte. Dans lequel les données telles que les coordonnées des nœuds, FE, les propriétés des matériaux, conditions aux limites, etc. sont affichés sous la forme d'un ensemble de lignes de script. Voici un exemple d'une telle représentation.

Comme règle, une représentation textuelle des données par différents logiciels est compilée de manière à pouvoir être facilement lue et reconnue à l'aide de n'importe quel langage de programmation. Ainsi, il est évident que toutes les données du modèle FE peuvent être identifiées et transférées (converti) dans un format reconnu dans SkyCiv. Dans le cas présent, c'est le format JSON. Une description détaillée de ce format et les règles de sa préparation peuvent être étudiées ici … (lien). Vous trouverez ci-dessous les fragments du fichier JSON converti et la vue du modèle converti dans SkyCiv.

Vérification des résultats

Maintenant, une comparaison des résultats d'analyse dans deux logiciels SIMULIA Abaqus et SkyCiv. La comparaison est lancée à partir d'un calcul statique avec l'action du poids propre de la structure uniquement. Le poids propre est appliqué automatiquement par le logiciel sous la forme d'une charge répartie, qui est déterminée en multipliant la surface de l'élément par la densité de son matériau. Vous trouverez ci-dessous un exemple du contour de déviation verticale et de la magnitude. Le déplacement maximal dans SkyCiv est 68.12 mm. Dans SIMULIA Abaqus, le déplacement maximal est 67.85 mm. Comme on peut le voir, l'écart est insignifiant, de moins de 1%.

Résultats de la déviation

Ce qui suit est une comparaison des modes propres et des valeurs propres des structures en fonction des masses nodales des éléments convertis à partir de leur propre poids. Le premier mode propre affiche la flexion des éléments dans le plan du pont. Dans SkyCiv, la fréquence est 0.991 Hz, en même temps dans SIMULIA Abaqus la fréquence est 0.981 Hz. Le deuxième mode propre est caractérisé par la flexion transversale du tablier du pont dans le plan horizontal. Dans SkyCiv, la fréquence est 1.77 Hz et dans SIMULIA Abaqus la fréquence est 1.72 Hz. On peut voir que les modes propres de la structure dans les deux logiciels sont les mêmes. L'écart entre les valeurs propres entre le logiciel se situe dans 3%.

Mode 8 Résultats

Mode 16 Résultats

Le matériel présenté ci-dessus montre le processus de résolution efficace de l'une des tâches d'application de l'API dans la pratique. La création d'API de script offre de nombreuses opportunités pour créer un modèle FE si la structure, y compris le transfert de modèles existants à partir d'autres logiciels pour des calculs réussis et précis dans SkyCiv. Les matériaux suivants montreront d'autres exemples d'utilisation de l'API dans SkyCiv.

Résumé des résultats de la vérification

Michael Malgin
Ingénieur en structure, Développement de produits
MEng (Civil)
[email protected]