SkyCiv-documentatie

Uw gids voor SkyCiv-software - tutorials, handleidingen en technische artikelen

TechNotes

  1. Huis
  2. TechNotes
  3. Structurele 3D
  4. FEM-verificatie van hogere orde

FEM-verificatie van hogere orde

Het converteren en verifiëren van FE-modellen in SkyCiv via API

Vandaag de dag, FEM is het belangrijkste hulpmiddel voor structurele analyse en het ontwerpen van verschillende soorten structuren in de wereld. Bij het maken van een FE-structuurmodel kunnen de drie belangrijkste benaderingen worden onderscheiden:. Er is namelijk een modelleringsbenadering op laag niveau, een modelleringsbenadering op hoog niveau, en het genereren van FE-modellen via opdrachten via API.

De low-level modelleringsbenadering is gebaseerd op de stapsgewijze modellering met behulp van FEM-softwarefunctionaliteit bij elke modelleringsstap. Het FE-model wordt handmatig gemaakt. Ingenieur definieert handmatig knooppunten in de ruimte, stel FE in tussen knooppunten, set materialen, stel belastingen in, randvoorwaarden stellen, enzovoort. Deze modelleringsbenadering is de belangrijkste en meest gebruikte methode onder ingenieurs.

De aanpak op hoog niveau is gebaseerd op de speciale sjablonen in FEM-software, die zijn aangepast voor bepaalde soorten constructies. Dit kan een dialoogvenster zijn waarin een ingenieur de structurele gegevens invoert. Vervolgens genereert de software automatisch een kant-en-klaar FE-model uit deze gegevens. Deze benadering kan als abstract worden beschouwd, aangezien een ingenieur tijd besteedt aan het maken van het FE-model.

De derde benadering is een van de krachtigste en meest flexibele bij het maken van FE-modellen van constructies. Hier kan het proces van het maken van een FE-model worden uitgevoerd via een script dat speciale uitvoeringsopdrachten bevat.

Gebruiksscenario's van op scripts gebaseerde FEM-modellen

Dit betekent dat de ingenieur de volgorde van de automatische generatie van het FE-model kan beschrijven, analyse, resultaten nabewerking in de vorm van een tekst. Zo'n tool geeft mogelijkheden in de structuuranalyse met optimalisatie in vergelijking met de vorige twee benaderingen. Hieronder staan ​​de belangrijkste gebieden van API-toepassing voor structurele analyse en ontwerp::

skyciv-higher-fem-article-11. Ingenieurs kunnen een set van hun eigen sjablonen maken voor het automatisch genereren van FE-modellen. Bijvoorbeeld, een machinist heeft te maken met een gedeelte van een snelweg waarop veel verschillende bruggen van hetzelfde type moeten komen. De topologie van de brugstructuur is hetzelfde, maar slechts enkele basisparameters hoeven te worden gewijzigd, zoals de wegbreedte, de lengte van overspanningen, het aantal hoofdliggers en hun afmetingen. Overeenkomstig, via de API, de ingenieur kan een script maken voor het automatisch genereren van veel brugmodellen met de aangegeven verschillen daartussen en een analyse uitvoeren met daaropvolgende automatische naverwerking van resultaten en lidontwerp.

skyciv-higher-fem-article-22. In de ontwerpfase van het lid, een ingenieur kan automatisch de constructieve oplossing selecteren die hij nodig heeft door middel van iteratieve berekening. Bijvoorbeeld, het is noodzakelijk om de truss-structuur te optimaliseren op basis van verschillende criteria, zoals optimale doorbuiging, optimaal gewicht, optimale truss hoogte, de vorm van de diagonalen en doorsneden van de elementen. Hier, door een script op te stellen, via de API kan een engineer automatisch alle mogelijke opties iteratief maken en analyseren, en stop bij de meest optimale.

skyciv-higher-fem-article-33. Een ander belangrijk voorbeeld van het gebruik van de API is de overdracht (conversie) van een kant-en-klaar FE-model in SkyCiv vanuit andere software. Bijvoorbeeld, verschillende bedrijven werken aan een gemeenschappelijk project en er is behoefte om de structurele analyse in verschillende software uit te voeren. Een dergelijke behoefte kan om verschillende redenen ontstaan, ofwel om de resultaten te vergelijken voor betrouwbaarheid, of in een van de software zijn er geen analysefuncties die in de andere software zitten. Het kost veel tijd om het FE-model van de grond af aan parallel te maken. De meest effectieve manier is om een ​​kant-en-klaar FE-model in een van de software te hebben en dit vervolgens via API naar een andere over te zetten.

 

Voorbeeld van een API FEM-model voor verificatie: Banghwa Bridge, Korea.

In dit artikel, als voorbeeld van de API-toepassing, een voorbeeld van het overbrengen van het FE-model van de ene software naar SkyCiv wordt hieronder beschreven:. Er wordt ook een vergelijkende analyse uitgevoerd. Een voorbeeld van de constructie waarvan het FE-model wordt overwogen, is een verkeersbrug in Seoul, Republiek Korea. De brug en heeft de naam Banghwa Bridge, kruist de Han rivier en het is ingebouwd 2000 jaar. De structuur van de brug wordt gepresenteerd in de vorm van een doorlopend schema met vijf overspanningen. De centrale overspanning is gemaakt in de vorm van een boogspant. Vakwerkbogen vloeien soepel over in de hoofdspanten in aangrenzende overspanningen. Dit geeft een heel mooi overzicht van de vormen van de brug vanuit het vooraanzicht. De lengte van de boogoverspanning is 180m. Aangrenzende overspanningen hebben een lengte van 102m. De eindoverspanningen hebben een lengte van 78m. De totale lengte van het brugdeel is 540m. De belangrijkste structurele delen van de brug zijn gemaakt van staal en omvatten koker- en I-profielen.

skyciv-higher-fem-article-5

Het FE-model van de brug wordt overgebracht naar de SkyCiv vanuit de SIMULIA Abaqus-software. Hier, het FE-model is volledig samengesteld uit 3D Timosjenko-straal FE met 6e DOF. Het materiaal van alle elementen heeft een Elastic Modulus is 210000 MPa, dichtheid is 76.98 kN / m3. De stijfheid van alle elementen wordt numeriek weergegeven. Het gedrag van elementen onder drukspanning beschrijven, buigen, door afschuiving en torsie gedefinieerde kenmerken zoals doorsnedeoppervlak, effectieve gebieden, torsieweerstand en traagheidsmomenten.

bridge-model-derde partij

banghwa-bridge-skyciv

Met de SIMULIA Abaqus-software kunnen alle FE-modelgegevens als een tekstbestand worden opgeslagen. Waarin de gegevens zoals knooppuntcoördinaten, FE, materiaaleigenschappen:, randvoorwaarden, enzovoort. worden weergegeven als een set scriptregels. Hieronder ziet u een voorbeeld van een dergelijke weergave:.

Schermopname 2019-08-30 Bij 2.33.23 p.m

Als een regel, een tekstuele weergave van de gegevens door verschillende software is zo samengesteld dat deze gemakkelijk kan worden gelezen en herkend met elke programmeertaal. Van dit, het is duidelijk dat alle gegevens van het FE-model kunnen worden geïdentificeerd en overgedragen (bekeerd) in een formaat dat wordt herkend in SkyCiv. In dit geval, dit is het JSON-formaat. Een gedetailleerde beschrijving van dit formaat en de regels voor de voorbereiding ervan kunnen hier worden bestudeerd … (koppeling). Hieronder staan ​​de fragmenten van het geconverteerde JSON-bestand en de weergave van het geconverteerde model in SkyCiv.

Schermopname 2019-08-30 Bij 2.33.29 p.m

 

brug-model-skyciv

 

Verificatie van resultaten

Nu, een vergelijking van de analyseresultaten in twee software SIMULIA Abaqus en SkyCiv. De vergelijking wordt gestart vanuit een statische berekening met alleen de actie van het eigen gewicht van de constructie. Het eigen gewicht wordt door de software automatisch in de vorm van een verdeelde belasting toegepast, die wordt bepaald door het oppervlak van het element te vermenigvuldigen met de dichtheid van het materiaal. Hieronder ziet u een voorbeeld van de verticale doorbuigingscontour en de grootte. De maximale verplaatsing in SkyCiv is 68.12 mm. In SIMULIA Abaqus is de maximale verplaatsing 67.85 mm. Zoals te zien is, is het verschil onbeduidend, minder dan 1%.

Doorbuiging resultaten

brug-doorbuiging-resultaten-derde partij

brug-analyse-vergelijking-doorbuiging-skyciv

Het volgende is een vergelijking van de eigenmodes en eigenwaarden van structuren op basis van de knoopmassa's van de elementen omgerekend vanuit hun eigen gewicht. De eerste eigenmode toont buiging van staven in het vlak van de brug. In SkyCiv is de frequentie 0.991 Hz, tegelijkertijd in SIMULIA Abaqus is de frequentie 0.981 Hz. De tweede eigenmode kenmerkt zich door de transversale doorbuiging van het brugdek in het horizontale vlak. In SkyCiv is de frequentie 1.77 Hz en in SIMULIA Abaqus is de frequentie 1.72 Hz. Het is te zien dat de eigenmodi van de structuur in beide software hetzelfde zijn. De discrepantie tussen de eigenwaarden tussen de software is binnen 3%.

Modus 8 Resultaten

bridge-modale-resultaten-skyciv-structurele-analyse-software

bridge-modal-results-third-party

Modus 16 Resultaten

bridge-modale-analyse-skyciv-structurele-software bridge-modal-analyse-mode-19

Het hierboven gepresenteerde materiaal toont het proces van het effectief oplossen van een van de taken van het toepassen van de API in de praktijk. Het maken van scripting-API's biedt uitgebreide mogelijkheden voor het maken van een FE-model als structuur, inclusief het overzetten van bestaande modellen van andere software voor succesvolle en nauwkeurige berekeningen in SkyCiv. De volgende materialen tonen andere voorbeelden van het gebruik van de API in SkyCiv.

Samenvatting van verificatieresultaten

Resultaat SkyCiv Derde partij Variantie
Max. Hoogte. Doorbuiging 68.12 mm 67.85 mm 0.396%
Modus 8 Frequentie 0.991 Hz 0.981 Hz 1.009%
Modus 8 Vorm Visuele inspectie geslaagd
Modus 19 Frequentie 1.77 Hz 1.72 Hz 2.825%
Modus 19 Vorm Visuele inspectie geslaagd
Michael Malgin Structural Engineer, Product ontwikkeling
Michael Malgin
Bouwkundig ingenieur, Product ontwikkeling
MEng (Civiel)
[email protected]
Was dit artikel nuttig voor jou?
Ja Nee

Hoe kunnen we helpen?

Ga naar boven