Сравнение между 1D, 2D и 3D элементы в структурном анализе

Введение

Инженеры-строители используют большое количество участников уже с концептуальной фазы проекта здания или инфраструктуры. Точное моделирование таких элементов с использованием конечно-элементного программного обеспечения, такие как SkyCiv, имеет большое значение в процессе проектирования, так как точное моделирование элементов может снизить стоимость и обеспечить безопасную конструкцию. Существуют различные методы моделирования для моделирования структурного поведения колонн, балки, стены, или плиты с использованием 1D, 2D и 3D элементы. В этой статье объясняются основные различия между различными методами моделирования, используемыми в обычном цикле инженерного проектирования.. конкретно, сосредоточив внимание на моделировании, состояние стресса и деформации, и результаты.

Фаза моделирования (Предварительная обработка)

Геометрия

1Подходы D-моделирования используются для моделирования элементов типа линии, таких как столбцы / причалы, балки или сваи. Представление линии определяется пользователем самостоятельно через секцию и все геометрические свойства элемента (ширина, рост, и т.п.).

2Методы D-моделирования обычно используются для элементов типа плиты, таких как стены, плиты, ракушки, опоры моста, танки, силосы или купола. Для всех этих членов, два измерения, перпендикулярные толщине, считаются намного большими, чем толщина. Поэтому только толщина плиты должна быть определена пользователем как свойство сечения до анализа. тем не мение, при использовании методов 2D-моделирования существуют ограничения, поскольку необходимо соблюдать строгие правила, для того, чтобы получить наиболее точные результаты. Основными правилами, которые следуют, являются соотношение между толщиной и площадью самой плиты, поскольку использование пластины с очень высоким отношением толщины к площади войдет в область 3D-моделирования, где все предположения, сделанные с использованием 2D-элементов, больше не выполняются.

3D-элементы могут быть использованы для моделирования любого элемента конструкции. В таком случае, каждый член модели обычно делится на равные объемные трехмерные элементы. Как это стоит, CAD программы (такие как SolidWorks) используются для создания этих 3D моделей, это дает возможность создавать более сложные 3D-модели, используемые для структурного анализа. Например, та же самая рама велосипеда, которая видна с элементами 1D, может быть воспроизведена с использованием элементов 3D, со следующим результатом:

Источник: SimScaleБольшой недостаток использования 3D-элементов, это его моделирование (вышеуказанная модель может занять до 10 раз больше времени, чем 1D моделирование ) и время решения. 3D элементы пытаются полностью охватить физику модели, внутренне и внешне, используя сложные вычислительные вычисления, необходимые для решения анализа за счет большего количества времени, затрачиваемого на саму модель.

Хруст

Поскольку построение сетки является важным шагом в любом структурном анализе, важно, чтобы пользователи знали о влиянии, которое меш играет на 1D, 2D, и 3D элементы на модели.

Как упоминалось ранее, 1Элементы D обычно используются для представления элементов линии и могут обеспечить точное поведение изгиба элемента. 1Сетка элемента D - это разделение элемента на несколько сегментов., это не влияет на общий результат, но большее количество сегментов позволяет более гладко и лучше визуализировать результаты.

2Элементы D и 3D имеют сходные черты с точки зрения сетки. Каждый элемент внутри модели разделен на несколько частей определенной формы, размер сетки модели влияет на конечные результаты, и чем тоньше сетка (используются меньшие формы) чем дольше время, необходимое для решения модели. Есть две фигуры, которые используются для двухмерных элементов в сетке, четырехугольные и треугольные элементы. 3Фигуры D-элементов - это вариации, вытекающие из форм 2D-элементов, обычно используемые формы - шестигранники, тетраэдры, клинья и пирамиды, каждый из которых предлагает различные преимущества для лучшего моделирования физики самой модели.

Вывод (Постобработка)

Результаты анализа для элементов, смоделированных с использованием 1D элементов, обычно приводятся в терминах силы сдвига и изгибающего момента вокруг двух основных осей элементов, а также осевого усилия и крутящего момента вокруг оси, которая соединяет оба конца элемента.

Пример диаграммы силы изгибающего момента в программе анализа 1DДля 2D элементов, выход иллюстрируется как осевая сила, сдвигающая сила, изгибающий момент и крутящий момент на единицу длины.

Такие результаты могут включать:

• • Мембранные силы
  • Усилие сдвига / момента в самолете
  • Смещения (Икс,и,с участием, сумма)
  • ножницы (Von-Мизеса, непосредственный, сдвиг, главный / второстепенный руководитель)

когда, кирпичные элементы приняты, результаты приведены в терминах напряжений. Следовательно, внутренние силы и опорные реакции членов, таких как стены сдвига, Оболочки или плиты, смоделированные с использованием 2D-элементов или кирпичных элементов, получают путем интегрирования внутренних сил / моментов на единицу длины или напряжений по длине или интересующей области., соответственно.