1Dの比較, 2Structural AnalysisのDおよび3D要素

前書き

構造エンジニアは、建物またはインフラストラクチャプロジェクトの概念的なフェーズですでにさまざまなメンバーを使用しています。. 有限要素ソフトウェアを使用して、そのようなメンバーの正確なモデリング, SkyCivなど, 設計プロセスで非常に重要です, メンバーの正確なモデリングにより、コストを削減し、安全な設計を確保できるため. 柱の構造挙動をシミュレートするためのさまざまなモデリング手法が存在します, ビーム, 壁, または1Dを使用するスラブ, 2Dおよび3D要素. この記事では、通常のエンジニアリング設計サイクルで使用されるさまざまなモデリング手法の主な違いについて説明します. 具体的には, モデリングに集中, 応力と変形の状態, と結果.

モデリング段階 (前処理)

ジオメトリ

1Dモデリングアプローチは、列などのラインタイプメンバーのモデリングに使用されます。 / 桟橋, 梁または杭. 線の表現は、ユーザーがセクションとメンバーのすべての幾何学的プロパティを介して自己定義します (幅, 高さ, 等).

2Dモデリング手法は、壁などのプレートタイプの部材に一般的に使用されます。, スラブ, シェル, 橋台, 戦車, サイロまたはドーム. これらすべてのメンバーのために, 厚さに垂直な2つの寸法は、厚さよりもはるかに大きいと見なされます. したがって、解析前にユーザーがセクションプロパティとして定義する必要があるのはスラブの厚さのみです。. しかしながら, 厳格なルールが遵守されるため、2Dモデリング手法を使用する際には制限があります。, 最も正確な結果を得るために. 次の主なルールは、プレート自体の厚さと面積の比率です, 非常に高い厚みと面積の比率のプレートを使用すると、3Dモデリングの領域に入り、2D要素を使用して行われたすべての仮定が成立しなくなります。.

3D要素は、あらゆる構造部材のモデリングに使用できます. この場合, モデルの各メンバーは、通常、等しい体積の3D要素に分割されます. 現状のまま, CADプログラム (SolidWorksなど) これらの3Dモデルの作成に使用されます, 構造解析に使用されるより複雑な3Dモデルを作成する機会を与えます. 例えば, 1D要素で見た同じ自転車フレームは、3D要素を使用して複製できます, 次の結果:

ソース: SimScale3D要素を使用することの大きな欠点, そのモデリングです (上記のモデルは、1Dモデリングより最大10倍長くかかる可能性があります ) と解決時間. 3Dエレメントはモデルの物理を完全にキャプチャしようとします, モデル自体により多くの時間を費やして、解析を解決するために必要な計算量の多い計算を利用することにより、内部および外部.

かみ合い

メッシュはあらゆる構造解析において重要なステップであるため, メッシュが1Dに及ぼす影響をユーザーが認識していることが重要です, 2D, およびモデルの3D要素.

前に述べたように, 1D要素は通常、ラインメンバーを表すために使用され、メンバーの正確な曲げ動作を提供できます。. 1D要素メッシュは、メンバーを複数のセグメントに分割することです, これは全体的な結果には影響しませんが、セグメントが多いほど、結果をよりスムーズに、そして視覚化できます.

2Dおよび3D要素は、メッシュに関して同様の特性を示します. モデル内の各メンバーは、特定の形状の複数の部分に分割されます, モデルのメッシュサイズが最終結果に影響し、メッシュが細かいこと (使用される小さい形状) モデルの解決にかかる時間が長くなる. メッシュの2D要素の両方に使用される2つの形状があります, 四辺形および三角形要素. 3D要素の形状は、2D要素の形状から派生したバリエーションです, 一般的に使用される形状は六面体です, 四面体, モデル自体の物理特性をより適切にモデル化するためのさまざまな利点を提供するウェッジとピラミッド.

出力 (後処理)

1D要素を使用してモデル化されたメンバーの解析結果は、通常、メンバーの2つの主軸の周りのせん断力と曲げモーメント、およびメンバーの両端を結ぶ軸の周りの軸力とねじりモーメントによって与えられます。.

1D解析ソフトウェアの曲げモーメント力図の例2D要素の場合, 出力は軸力として示されます, 剪断力, 単位長さあたりの曲げモーメントとねじりモーメント.

そのような結果には、:

• • 膜力
  • 平面内のせん断/モーメント力
  • 変位 (バツ,そして,と, 和)
  • 剪断 (Von-mises, 直接, 剪断, メジャー/マイナープリンシパル)

いつ, レンガ要素を採用, 結果は応力の観点から与えられます. したがって, 内壁とせん断壁などの部材の反応をサポート, 2D要素またはブリック要素を使用してモデル化されたシェルまたはスラブは、単位長さあたりの内力/モーメント、または対象となる長さまたは領域全体の応力を統合することによって取得されます。, それぞれ.