1D Arasında Karşılaştırma, 2Yapısal Analizde D ve 3D elemanlar

Giriş

Yapı mühendisleri, bir bina veya altyapı projesinin kavramsal aşamasından itibaren çok çeşitli elemanlar kullanır.. Sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak bu tür elemanların doğru bir şekilde modellenmesi, SkyCiv gibi, tasarım sürecinde büyük önem taşımaktadır., elemanların doğru bir şekilde modellenmesi hem maliyeti düşürebilir hem de güvenli bir tasarım sağlayabilir. Kolonların yapısal davranışını simüle etmek için çeşitli modelleme yöntemleri mevcuttur., kirişler, duvarlar, veya 1D kullanan levhalar, 2D ve 3D öğeler. Bu makale, normal bir mühendislik tasarım döngüsünde kullanılan çeşitli modelleme teknikleri arasındaki temel farkları açıklamaktadır.. Özellikle, modellemeye odaklanmak, stres ve deformasyon durumu, ve sonuçlar.

modelleme aşaması (ön işleme)

Geometri

1Sütunlar gibi çizgi tipi üyeleri modellemek için D modelleme yaklaşımları kullanılır. / iskeleler, kirişler veya kazıklar. Çizginin temsili, kullanıcı tarafından bir kesit ve üyenin tüm geometrik özellikleri aracılığıyla tanımlanır. (Genişlik, yükseklik, vb.).

2D modelleme teknikleri, duvarlar gibi plaka tipi elemanlar için yaygın olarak kullanılır., levhalar, kabuklar, köprü dayanakları, tanklar, silolar veya kubbeler. Tüm bu üyeler için, kalınlığa dik olan iki boyut, kalınlıktan çok daha büyük olarak kabul edilir.. Bu nedenle, analizden önce kullanıcı tarafından kesit özelliği olarak tanımlanması gereken yalnızca döşeme kalınlığıdır.. ancak, Katı kurallara uyulması gerektiği için 2D modelleme tekniklerini kullanırken sınırlamalar vardır., en doğru sonuçları elde etmek için. Aşağıdaki ana kurallar, levhanın kalınlığı ile alanı arasındaki orandır., çok yüksek kalınlık/alan oranı plakasının kullanılması, 2B elemanlar kullanılarak yapılan tüm varsayımların artık geçerli olmadığı 3B modelleme alanına girecektir..

3D elemanları, herhangi bir yapısal elemanı modellemek için kullanılabilir. Bu durumda, modelin her bir üyesi genellikle eşit hacimsel 3D öğelere bölünür. Durduğu gibi, CAD programları (SolidWorks gibi) bu 3B modelleri oluşturmak için kullanılır, yapısal analiz için kullanılan daha karmaşık 3B modeller oluşturma fırsatı verir. Örneğin, 1D öğelerle görülen aynı bisiklet çerçevesi, 3D öğeler kullanılarak çoğaltılabilir, aşağıdaki sonuçla:

Kaynak: SimScale3D öğeleri kullanmanın büyük bir dezavantajı, onun modellemesi (yukarıdaki model, 1D modellemeden 10 kat daha uzun sürebilir ) ve çözme zamanı. 3D elemanları, modelin fiziğini tam olarak yakalamaya çalışır, Modelin kendisine harcanan daha fazla zaman pahasına analizi çözmek için gereken hesaplama ağırlıklı hesaplamaları kullanarak dahili ve harici olarak.

Ağ oluşturma

Ağ oluşturma, herhangi bir yapısal analizde çok önemli bir adım olduğundan, kullanıcıların ağ oluşturmanın 1D üzerinde oynadığı etkinin farkında olması önemlidir., 2D, ve bir modeldeki 3B öğeler.

Önceden belirtildiği üzere, 1D elemanları, hat elemanlarını temsil etmek için yaygın olarak kullanılır ve bir elemanın doğru eğilme davranışını sağlayabilir.. 1D eleman ağ oluşturma, üyenin birden çok segmente bölünmesidir., bu, genel sonucu etkilemez, ancak daha fazla segment, sonuçların daha düzgün ve daha iyi görselleştirilmesini sağlar.

2D ve 3D öğeler, ağ oluşturma açısından benzer özellikler sunar. Model içindeki her üye, belirli bir şekle sahip birden çok parçaya bölünmüştür., modelin ağ boyutu nihai sonuçları etkiler ve ağ ne kadar ince olursa (kullanılan daha küçük şekiller) modeli çözmek için geçen süre ne kadar uzunsa. Meshlemede her iki 2B eleman için kullanılan iki şekil vardır., dörtgen ve üçgen elemanlar. 3D eleman şekilleri, 2B eleman şekillerinden kaynaklanan çeşitlemelerdir., yaygın olarak kullanılan şekiller altı yüzlüdür, tetrahedronlar, modelin kendi fiziğini daha iyi modellemek için her biri farklı faydalar sunan kamalar ve piramitler.

Çıktı (rötuş)

1D elemanlar kullanılarak modellenen elemanlar için analiz sonuçları genellikle elemanların iki ana ekseni etrafındaki kesme kuvveti ve eğilme momenti ile elemanın her iki ucunu birleştiren eksen etrafındaki eksenel kuvvet ve burulma momenti cinsinden verilir..

1D analiz yazılımında Eğilme Momenti Kuvvet Diyagramı Örneği2D öğeler için, çıktı eksenel kuvvet olarak gösterilir, kesme kuvveti, birim uzunluk başına eğilme momenti ve burulma momenti.

Bu tür sonuçlar şunları içerebilir::

• • zar kuvvetleri
  • Düzlemde kesme/moment kuvvetleri
  • yer değiştirmeler (x,Y,ile, toplam)
  • Kesme (Von-mises, doğrudan, makaslama, ana/yan müdür)

Ne zaman, tuğla elemanlar benimsendi, sonuçlar gerilmeler cinsinden verilmiştir. Bu nedenle, perde duvarlar gibi elemanların iç kuvvetleri ve mesnet tepkileri, 2B elemanlar veya tuğla elemanlar kullanılarak modellenen kabuklar veya levhalar, birim uzunluk başına iç kuvvetlerin/momentlerin veya uzunluk veya ilgi alanı üzerindeki gerilmelerin entegrasyonu yoluyla elde edilir., sırasıyla.