La conversione e la verifica dei modelli FE in SkyCiv tramite API

Al giorno d'oggi, FEM è lo strumento principale per l'analisi strutturale e la progettazione di vari tipi di strutture nel mondo. Quando si crea un modello di struttura FE si possono distinguere i tre approcci principali. Vale a dire, esiste un approccio di modellazione di basso livello, un approccio di modellazione di alto livello, e la generazione di modelli FE tramite comandi tramite API.

L'approccio di modellazione di basso livello si basa sulla modellazione passo-passo utilizzando la funzionalità del software FEM in ogni fase di modellazione. Il modello FE viene creato manualmente. L'ingegnere definisce manualmente i nodi nello spazio, imposta FE tra i nodi, impostare i materiali, impostare carichi, impostare le condizioni al contorno, eccetera. Questo approccio di modellazione è il principale e ampiamente utilizzato dagli ingegneri.

L'approccio di alto livello si basa sui modelli speciali nel software FEM, che si adattano a determinati tipi di strutture. Potrebbe essere una finestra di dialogo in cui un ingegnere inserisce i dati strutturali. Quindi il software genera automaticamente un modello FE già pronto da questi dati. Questo approccio può essere considerato astratto poiché un ingegnere dedica tempo alla creazione del modello FE.

Il terzo approccio è uno dei più potenti e flessibili nella creazione di modelli di strutture FE. Qui il processo di creazione del modello FE può essere eseguito tramite uno script che include comandi di esecuzione speciali.

Casi d'uso di modelli FEM basati su script

Ciò significa che l'ingegnere può descrivere la sequenza della generazione automatica del modello FE, analisi, risultati post-elaborazione utilizzando la forma di un testo. Tale strumento fornisce capacità nell'analisi della struttura con ottimizzazione rispetto ai due approcci precedenti. Di seguito sono riportate le principali aree di applicazione API per l'analisi e la progettazione strutturale:

1. L'ingegnere può creare una serie di modelli propri per la generazione automatica del modello FE. Per esempio, un ingegnere ha a che fare con una sezione di un'autostrada su cui devono essere posizionati molti ponti diversi dello stesso tipo. La topologia della struttura del ponte è la stessa, ma solo alcuni parametri di base devono essere modificati, come la larghezza della strada, la lunghezza delle campate, il numero di travi principali e le loro dimensioni. Di conseguenza, tramite l'API, l'ingegnere può creare script per la generazione automatica di molti modelli di ponti con le differenze indicate tra loro ed eseguire un'analisi con successiva auto-post-elaborazione dei risultati e progettazione delle aste.

2. Nella fase di progettazione dei membri, un ingegnere può selezionare automaticamente la soluzione costruttiva di cui ha bisogno attraverso calcoli iterativi. Per esempio, è necessario ottimizzare la struttura del traliccio in base a diversi criteri, come la deflessione ottimale, peso ottimale, altezza ottimale del traliccio, la forma delle diagonali e delle sezioni trasversali degli elementi. Qui, preparando uno script, attraverso l'API un ingegnere può creare e analizzare automaticamente tutte le opzioni possibili in modo iterativo, e fermati a quello più ottimale.

3. Un altro importante esempio di utilizzo dell'API è il trasferimento (conversione) di un modello FE già pronto in SkyCiv da un altro software. Per esempio, diverse aziende stanno lavorando a un progetto comune e c'è la necessità di eseguire l'analisi strutturale in diversi software. Tale necessità può sorgere per diversi motivi, sia per confrontare i risultati per l'affidabilità, oppure in uno dei software non sono presenti funzioni di analisi presenti nell'altro software. La creazione del modello FE da zero in parallelo richiede molto tempo. Il modo più efficace è avere un modello FE già pronto in uno dei software e poi trasferirlo su un altro tramite API.

Esempio di un modello API FEM per la verifica: Ponte Banghwa, Corea.

In questo articolo, come esempio dell'applicazione API, un esempio di trasferimento del modello FE da un software a SkyCiv è descritto di seguito. Viene eseguita anche un'analisi comparativa. Un esempio della struttura il cui modello FE è considerato è un ponte stradale situato a Seoul, Repubblica di Corea. Il ponte e ha il nome Banghwa Bridge, attraversa il Han River ed è stato costruito nel 2000 anno. La struttura del ponte si presenta sotto forma di uno schema continuo a cinque campate. La campata centrale ha la forma di una travatura ad arco. Gli archi della capriata fluiscono dolcemente nelle capriate principali nelle campate adiacenti. Ciò dà un profilo piuttosto bello delle forme del ponte dalla vista frontale. La lunghezza dell'arco dell'arco è di 180 m. Le campate adiacenti hanno una lunghezza di 102 m. Le campate finali hanno una lunghezza di 78 m. La lunghezza totale della sezione del ponte è di 540 m. I principali elementi strutturali del ponte sono realizzati in acciaio e comprendono box e sezioni a I..

Il modello FE del ponte verrà trasferito nello SkyCiv dal software SIMULIA Abaqus. Qui, il modello FE è completamente composto da trave 3D Tymoshenko FE con 6 ° DOF. Il materiale di tutti gli elementi ha un modulo elastico 210000 MPa, la densità è 76.98 kN / m3. La rigidità di tutti gli elementi è presentata numericamente. Descrivere il comportamento degli elementi sotto compressione-tensione, curvatura, caratteristiche definite da taglio e torsione come l'area della sezione trasversale, aree efficaci, resistenza torsionale e momenti di inerzia.

Il software SIMULIA Abaqus consente di salvare tutti i dati del modello FE come file di testo. In cui i dati come le coordinate del nodo, FE, proprietà dei materiali, condizioni al contorno, eccetera. vengono visualizzati come un insieme di righe di script. Di seguito è riportato un esempio di tale rappresentazione.

Di regola, una rappresentazione testuale dei dati da parte di diversi software è compilata in modo tale da poter essere facilmente letta e riconosciuta utilizzando qualsiasi linguaggio di programmazione. Da questa, è ovvio che tutti i dati del modello FE possono essere identificati e trasferiti (convertito) in un formato riconosciuto in SkyCiv. In questo caso, questo è il formato JSON. Una descrizione dettagliata di questo formato e le regole per la sua preparazione possono essere studiate qui … (collegamento). Di seguito sono riportati i frammenti del file JSON convertito e la visualizzazione del modello convertito in SkyCiv.

Verifica dei risultati

Adesso, un confronto dei risultati dell'analisi in due software SIMULIA Abaqus e SkyCiv. Il confronto parte da un calcolo statico con l'azione del solo peso proprio della struttura. Il peso proprio viene applicato automaticamente dal software sotto forma di carico distribuito, che è determinato moltiplicando l'area dell'elemento per la densità del suo materiale. Di seguito è riportato un esempio del contorno di deflessione verticale e l'ampiezza. Lo spostamento massimo in SkyCiv è 68.12 mm. In SIMULIA Abaqus lo spostamento massimo è 67.85 mm. Come si può vedere la discrepanza è insignificante, meno di 1%.

Risultati di deflessione

Quello che segue è un confronto tra gli autovalori e gli autovalori delle strutture in base alle masse nodali degli elementi convertiti dal proprio peso. La prima modalità automatica mostra la flessione delle aste nel piano del ponte. In SkyCiv la frequenza è 0.991 Hz, allo stesso tempo in SIMULIA Abaqus la frequenza è 0.981 Hz. La seconda modalità automatica è caratterizzata dalla flessione trasversale dell'impalcato del ponte nel piano orizzontale. In SkyCiv la frequenza è 1.77 Hz e in SIMULIA Abaqus la frequenza è 1.72 Hz. Si può vedere che le modalità eigen della struttura in entrambi i software sono le stesse. La discrepanza tra gli autovalori tra il software è all'interno 3%.

Modalità 8 risultati

Modalità 16 risultati

Il materiale presentato sopra mostra il processo di risoluzione efficace di uno dei compiti di applicazione pratica dell'API. La creazione di API di scripting offre ampie opportunità per la creazione di un modello FE struttura, compreso il trasferimento di modelli esistenti da altri software per calcoli accurati e di successo in SkyCiv. I seguenti materiali mostreranno altri esempi di utilizzo dell'API in SkyCiv.

Riepilogo dei risultati della verifica

Michael Malgin
Ingegnere strutturale, Sviluppo del prodotto
MEng (Civile)
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