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高次FEM検証

The converting and verification of FE models in SkyCiv via API

今日では, FEM is the main tool for structural analysis and designing of various types of structures in the world. 構造の FE モデルを作成する場合、3 つの主なアプローチを区別できます。. つまり、低レベルのモデリングアプローチがあります, 高レベルのモデリング アプローチ, and the generation of FE models through commands via API.

The low-level modeling approach is based on the step-by-step modeling using FEM software functionality at each modeling step. FE モデルは手動で作成されます. Engineer manually defines nodes in space, ノード間に FE を設定する, セット材料, セット荷重, 境界条件を設定する, 等. This modeling approach is the main and widely used among engineers.

高レベルのアプローチは、FEM ソフトウェアの特別なテンプレートに基づいています, 特定のタイプの構造に適合しています. これは、エンジニアが構造データを入力するダイアログボックスである可能性があります. 次に、ソフトウェアはこのデータから既製のFEモデルを自動的に生成します. エンジニアはFEモデルの作成に時間を費やすため、このアプローチは抽象的なものと見なすことができます。.

3番目のアプローチは、構造のFEモデルを作成する上で最も強力で柔軟なアプローチの1つです。. ここで、FEモデル作成のプロセスは、特別な実行コマンドを含むスクリプトを介して実行できます。.

スクリプトベースのFEMモデルのユースケース

これは、エンジニアがFEモデルの自動生成のシーケンスを記述できることを意味します, 分析, テキスト形式を使用した結果の後処理. Such a tool gives capabilities in the structure analysis with optimization in comparison with the previous two approaches. Below are the main areas of API application for structural analysis and design:

skyciv-higher-fem-article-11. Engineer can create a set of their own templates for FE model auto-generation. 例えば, an engineer is dealing with a section of a highway on which many different bridges of the same type must be located. ブリッジ構造のトポロジーは同じです, ただし、いくつかの基本的なパラメーターのみを変更する必要があります, 道幅など, スパンの長さ, the number of main girders and their sizes. したがって、, APIを介して, エンジニアは、多くのブリッジモデルを自動生成するためのスクリプトを作成し、それらの間に示された違いを付けて分析を実行し、その後、結果とメンバーの設計を自動後処理することができます。.

skyciv-higher-fem-article-22. メンバー設計段階, エンジニアは、反復計算を通じて必要な建設的なソリューションを自動的に選択できます. 例えば, いくつかの基準に基づいてトラス構造を最適化する必要があります, 最適たわみなど, 最適重量, 最適なトラス高さ, 要素の対角線と断面の形状. ここに, スクリプトを準備することによって, APIを介して、エンジニアはすべての可能なオプションを自動的に繰り返し作成および分析できます, 最適なもので停止します.

skyciv-higher-fem-article-33. APIを使用するもう1つの重要な例は、転送です。 (変換) of a ready-made FE model in SkyCiv from other software. 例えば, several companies are working on a common project and there is a need to carry out the structural analysis in different software. Such a need may arise for several reasons, either to compare the results for reliability, or in one of the software there are no analysis functions that are in the other software. It’s time-consuming the FE model creation from scratch in parallel. The most effective way is to have a ready-made FE model in one of the software and then transfer it to another via API.

 

Example of an API FEM model for Verification: 防火橋, Korea.

記事上で, as an example of the API application, an example of transferring the FE model from one software into SkyCiv is described below. 比較分析も行います. FE モデルが考慮されている構造物の例は、ソウルにある道路橋です。, 大韓民国. 橋の名前は傍花橋, crosses the Han River and it was built in 2000 年. 橋の構造は、5 スパンの連続スキームの形で表されます。. The central span is made in the form of an arch truss. トラス アーチは、隣接スパンの主トラスに滑らかに流れ込みます。. This gives a quite beautiful outline of the forms of the bridge from the front view. The length of the arch span is 180m. Adjacent spans have a length of 102m. The end spans have a length of 78m. The total length of the bridge section is 540m. Main structural members of the bridge are made of steel and include box and I-sections.

skyciv-higher-fem-article-5

The FE model of the bridge will be transferred into the SkyCiv from the SIMULIA Abaqus software. ここに, the FE model is completely composed of 3D Tymoshenko beam FE with 6th DOF. すべての要素の材料には弾性係数があります 210000 MPa, density is 76.98 kN / m3. すべての要素の剛性は数値で示されます. 圧縮張力下の要素の動作を説明するには, 曲げ, shear and torsion defined characteristics such as cross section area, 有効面積, ねじり抵抗と慣性モーメント.

bridge-model-thirde-party

Banghwa-bridge-skyciv

The SIMULIA Abaqus software allows to save all the FE model data as a text file. In which the data such as node coordinates, FE, 材料特性, 境界条件, 等. 一連のスクリプト行として表示されます. 以下はそのような表現の例です.

スクリーンショット 2019-08-30 で 2.33.23 午後

原則として, a textual representation of the data by different software is compiled in such a way that it can be easily read and recognized using any programming language. これから, it is obvious that all the data of the FE model can be identified and transferred (converted) into a format that is recognized in SkyCiv. この場合, this is the JSON format. A detailed description of this format and the rules for its preparation can be studied here … (リンク). Below are the fragments of the converted JSON file and the view of the converted model in SkyCiv.

スクリーンショット 2019-08-30 で 2.33.29 午後

 

bridge-model-skyciv

 

Verification of Results

今, a comparison of the analysis results in two software SIMULIA Abaqus and SkyCiv. 比較は、構造の自重のみのアクションによる静的計算から開始されます. 自重は、ソフトウェアによって分散負荷の形で自動的に適用されます, which is determined by multiplying the area of ​​the element by the density of its material. Below is an example of the vertical deflection contour and the magnitude. The maximum displacement in SkyCiv is 68.12 んん. In SIMULIA Abaqus the maximum displacement is 67.85 んん. As can be seen the discrepancy is insignificant, 未満 1%.

たわみ結果

bridge-deflection-results-third-party

ブリッジ分析比較比較偏向スカイスカイブ

以下は、自重から変換された要素の節点質量に基づく構造の固有モードと固有値の比較です. 最初の固有モードは、橋の平面内の部材の曲げを表示します. SkyCivでは頻度は 0.991 Hz, 同時にSIMULIAAbaqusでは周波数は 0.981 Hz. 2番目の固有モードは、水平面での橋床版の横曲げによって特徴付けられます. SkyCivでは頻度は 1.77 HzおよびSIMULIAAbaqusでは、周波数は 1.72 Hz. 両方のソフトウェアの構造固有モードが同じであることがわかります. ソフトウェア間の固有値間の不一致は範囲内です 3%.

モード 8 結果

bridge-modal-results-skyciv-structural-analysis-software

ブリッジモーダル結果-サードパーティ

モード 16 結果

bridge-modal-analysis-skyciv-structural-software bridge-modal-analysis-mode-19

上記の資料は、APIを実際に適用するタスクの1つを効果的に解決するプロセスを示しています. スクリプトAPIを作成すると、FEモデルを作成するための広範な機会が提供されます。, SkyCivでの計算を成功させ、正確にするために、他のソフトウェアから既存のモデルを転送することを含みます. 次の資料は、SkyCivでAPIを使用する他の例を示しています.

検証結果の要約

結果 SkyCiv 第三者 分散
マックス. 偏向 68.12 んん 67.85 んん 0.396%
モード 8 周波数 0.991 Hz 0.981 Hz 1.009%
モード 8 形状 目視検査合格
モード 19 周波数 1.77 Hz 1.72 Hz 2.825%
モード 19 形状 目視検査合格
Michael Malgin構造エンジニア, 製品開発
マイケル・マルギン
構造エンジニア, 製品開発
MEng (民事)
[email protected]
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