Конвертация и проверка моделей FE в SkyCiv через API

Настоящее время, FEM - это основной инструмент для структурного анализа и проектирования различных типов конструкций в мире.. При создании КЭ-модели конструкции можно выделить три основных подхода.. А именно есть низкоуровневый подход к моделированию., подход к высокоуровневому моделированию, и генерация КЭ моделей с помощью команд через API.

Подход к низкоуровневому моделированию основан на пошаговом моделировании с использованием функциональности программного обеспечения FEM на каждом этапе моделирования.. КЭ модель создается вручную.. Инженер вручную определяет узлы в космосе, установить FE между узлами, набор материалов, установить нагрузки, установить граничные условия, и т.д. Такой подход к моделированию является основным и широко используется инженерами..

Высокоуровневый подход основан на специальных шаблонах в ПО МКЭ., которые адаптированы для определенных типов конструкций. Это может быть диалоговое окно, в котором инженер вводит структурные данные.. Затем программа автоматически генерирует готовую КЭ модель из этих данных.. Такой подход можно рассматривать как абстрактный, поскольку инженер тратит время на создание КЭ-модели..

Третий подход - один из самых мощных и гибких при создании КЭ-моделей конструкций.. Здесь процесс создания КЭ модели может осуществляться через скрипт, который включает в себя специальные исполняемые команды..

Сценарии использования моделей FEM на основе скриптов

Это означает, что инженер может описать последовательность автогенерации КЭ модели., анализ, постобработка результатов в виде текста. Такой инструмент дает возможности структурного анализа с оптимизацией по сравнению с двумя предыдущими подходами.. Ниже приведены основные области применения API для расчета и проектирования конструкций.:

1. Инженер может создать набор собственных шаблонов для автогенерации КЭ модели.. Например, инженер имеет дело с участком шоссе, на котором должно быть много разных мостов одного типа. Топология мостовой конструкции такая же, но нужно изменить только некоторые основные параметры, например, ширина дороги, длина пролетов, количество основных балок и их размеры. Соответственно, через API, инженер может создать скрипт для автоматического создания множества моделей мостов с указанными различиями между ними и выполнить анализ с последующей автоматической постобработкой результатов и расчетом стержней..

2. На этапе проектирования элемента, инженер может автоматически выбрать нужное ему конструктивное решение с помощью итеративного расчета. Например, необходимо оптимизировать стропильную конструкцию по нескольким критериям, например, оптимальный прогиб, оптимальный вес, оптимальная высота фермы, форма диагоналей и сечения элементов. Вот, подготовив сценарий, через API инженер может автоматически создавать и итеративно анализировать все возможные варианты, и остановимся на самом оптимальном.

3. Еще один важный пример использования API - это передача (преобразование) готовой модели КЭ в SkyCiv из другого ПО. Например, несколько компаний работают над общим проектом, и необходимо провести структурный анализ в разных программах. Такая необходимость может возникнуть по нескольким причинам., либо сравнить результаты на надежность, или в одном из программ нет функций анализа, которые есть в другом программном обеспечении. Параллельное создание КЭ-модели с нуля занимает много времени.. Самый эффективный способ - иметь готовую КЭ модель в одной из программ, а затем передавать ее в другое через API..

Пример модели API FEM для проверки: Banghwa Bridge, Корея.

В этой статье, как пример приложения API, ниже описан пример переноса модели FE из одной программы в SkyCiv.. Также проводится сравнительный анализ. Пример сооружения, КЭ модель которого рассматривается, - автомобильный мост, расположенный в Сеуле., Республика Корея. Мост и носит название Мост Банхва., пересекает Река Хан и он был построен в 2000 год. Конструкция моста представлена ​​в виде сплошной схемы с пятью пролетами.. Центральный пролет выполнен в виде арочной фермы.. Арки ферм плавно переходят в основные фермы в соседних пролетах.. Это дает довольно красивые очертания форм моста при виде спереди.. Длина арочного пролета 180м.. Смежные пролеты имеют длину 102 м.. Концевые пролеты имеют длину 78 м.. Общая длина участка моста 540м.. Основные конструктивные элементы моста изготовлены из стали и включают коробчатое и двутавровое профили..

FE-модель моста будет перенесена в SkyCiv из программного обеспечения SIMULIA Abaqus.. Вот, КЭ модель полностью состоит из 3D пучка Тимошенко КЭ с 6-й степенью свободы.. Материал всех элементов имеет модуль упругости. 210000 МПа, плотность 76.98 кН / м3. Жесткость всех элементов представлена ​​численно.. Для описания поведения элементов при сжатии-растяжении., изгиб, характеристики сдвига и кручения, такие как площадь поперечного сечения, эффективные площади, сопротивление кручению и моменты инерции.

Программа SIMULIA Abaqus позволяет сохранять все данные модели КЭ в виде текстового файла.. В котором данные, такие как координаты узла, FE, свойства материала, граничные условия, и т.д. отображаются как набор строк скрипта. Ниже приведен пример такого представления.

Как правило, текстовое представление данных с помощью различного программного обеспечения составлено таким образом, чтобы его можно было легко прочитать и распознать с помощью любого языка программирования. Из этого, очевидно, что все данные КЭ модели могут быть идентифицированы и переданы (преобразованный) в формат, признанный в SkyCiv. В таком случае, это формат JSON. Подробное описание этого формата и правила его приготовления можно изучить здесь. … (ссылка на сайт). Ниже представлены фрагменты преобразованного файла JSON и вид преобразованной модели в SkyCiv..

Проверка результатов

Сейчас же, сравнение результатов анализа в двух программах SIMULIA Abaqus и SkyCiv. Сравнение начинается со статического расчета только с действием собственного веса конструкции.. Собственный вес применяется программой автоматически в виде распределенной нагрузки., который определяется умножением площади элемента на плотность его материала.. Ниже приведен пример контура вертикального прогиба и величины. Максимальное смещение в SkyCiv составляет 68.12 мм. В SIMULIA Abaqus максимальное смещение составляет 67.85 мм. Как видно расхождение незначительное., меньше, чем 1%.

Результаты прогиба

Ниже приводится сравнение собственных мод и собственных значений структур на основе узловых масс элементов, преобразованных из их собственного веса.. Первая собственная мода отображает изгиб элементов в плоскости моста.. В SkyCiv частота 0.991 Гц, в то же время в SIMULIA Abaqus частота 0.981 Гц. Вторая собственная мода характеризуется поперечным изгибом настила моста в горизонтальной плоскости.. В SkyCiv частота 1.77 Гц, а в SIMULIA Abaqus частота равна 1.72 Гц. Видно, что собственные моды структуры в обоих программах одинаковы.. Расхождение собственных значений между программным обеспечением находится в пределах 3%.

Режим 8 Полученные результаты

Режим 16 Полученные результаты

В представленном выше материале показан процесс эффективного решения одной из задач применения API на практике.. Создание скриптовых API предоставляет широкие возможности для создания модели FE, если структура, включая перенос существующих моделей из другого программного обеспечения для успешных и точных расчетов в SkyCiv. В следующих материалах будут показаны другие примеры использования API в SkyCiv..

Сводка результатов проверки

Майкл Мальгин
Инженер-строитель, Разработка продукта
MEng (гражданского)
[email protected]