Таблица 2.18. Описание расчетных данных элемента PLANE25 (продолжение)

Объект Определение

2.10.19. MATRIX27 - матрица жесткости, демпфирования или масс

Описание элемента

MATRIX27 представляет произвольный элемент, геометрия которого не определена, но упругий кинематический отклик которого может быть определен коэффициентами жесткости, демпфирования или масс. Матрица связывает два узла, каждый из которых имеет шесть степеней свободы: перемещения в направлении осей X, Y, Z узловой системы координат и повороты вокруг этих осей. Другими аналогичными элементами, имеющими менее выраженные свойства общего вида, являются упругий демпфер COMBIN14 и элемент сосредоточенной массы MASS21.

Исходные данные элемента

Расположение узлов и система координат данного элемента показаны на рис. 2.19. Элемент определяется двумя узлами и коэффициентами матрицы. Константы матриц жесткости, демпфирования или массы указываются в виде геометрических характеристик. Единицами измерения жесткости являются усилие/длина или усилие*длина /радиан, а константы демпфирования имеют размерность уси-лие*время/длина или усилие*длнна*время/радиан.

Все матрицы, созданные этим элементом, имеют размерность 12*12. Степени свободы имеют порядок UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ для узла I и далее тот же перечень для узла J. Если один узел не используется, все значения в столбцах и строках, относящихся к данному узлу, должны содержать нули.

Константы матриц должны указываться в специальном порядке. Например, для простой упругой связи с жесткостью К в направлении оси X узловой системы

Рис. 2.19. Схематическое изображение элемента MATRIX27

координат исходные константы имеют значения С( = C.g = К и С7 = -К для KEYOPT(2) = 0 и KEYOPT(3) = 4.

Список исходных данных элемента MATRIX27

Узлы-1,Т.

Степени свободы - UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ. Геометрические характеристики:

- CI, С2, ... С78 - коэффициенты, определяющие верхнюю треугольную часть матрицы;

- С79, С80, ... С144 - коэффициенты, определяющие нижнюю треугольную часть матрицы (требуются только при KEYOPT(2) = 1).

Свойства материала - DAMP.

Нагрузки, распределенные на поверхности - нет.

Объемные нагрузки - нет.

Специальные возможности:

- рождение и смерть.

KEYOPT(2) - признак формулировки матрицы:

- О - симметричная матрица;

- 1 - несимметричная матрица.

KEYOPT(3) - признак указания геометрических характеристик:

- 2 - указывается матрица масс размером 12 х 12;

- 4 - указывается матрица жесткости размером 12 х 12;

- 5 - указывается матрица демпфирования размером 12 х 12.

KEYOPT(4) - признак вывода данных матрицы:

- О - вывод матрицы не проводится;

- 1 - вывод матрицы проводится в начале процедуры выполнения вычислений, Расчетные данные элемента

Расчетные данные, связанные с элементом, состоят из перемещений узлов, включенных в полное узловое решение. Расчетных данных, связанных собственно с элементом, нет. Признак KEYOPT(4) = 1 вызывает вывод коэффициентов матрицы (только на первом промежуточном шаге первого шага нагрузки).

Рис. 2.20. Элемент сдвиговой (закручиваемой) панели SHELL28

Список исходных данных элемента

Узлы-IJ, К, L. Степени свобод:

- UX, UY, UZ при KEYOPT(l) = 0;

- ROTX, ROTY, ROTZ при KEYOPT(l) - 1.

2.10.20. SHELL28 - сдвиговая

(закручиваемая) панель

Описание элемента

Элемент SHELL28 используется для передачи нагрузок сдвига в рамных конструкциях. Элемент имеет три степени свободы в каждом узле: перемещения в направлении осей X, Y и Z узловой системы координат или повороты вокруг осей X, Y и Z узловой системы координат.

Исходные данные

Геометрия, расположение узлов и координатная система элемента показаны на рис. 2.20. Элемент определяется четырьмя узлами, толщиной и свойствами материала. Из свойств материала требуются только GXY и DENS. Значение GXY может быть указано непосредственно или вычислено по значениям ЕХ и одному из NUXY или PRXY. Значение ЕХ должно быть указано вне связи с тем, указано значение GXY или нет. Геометрическая характеристика SULT является предельно допускаемым касательным (сдвиговым) напряжением, используемым при вычислении коэффициента безопасности. Значение ADMSUA является присоединенной на единицу площади массой. Признак KEYOPT(l) применяется для выбора использования элемента в качестве сдвиговой или закручиваемой панели. Матрица масс применяется только концентрированная.

Геометрические характеристики:

- ТНСК - толщина панели;

- SULT - предельное значение касательного напряжения;

- ADMSUA - добавленная на единицу поверхности масса.

Свойства материала - EX, PRXY (или NUXY), GXY, DENS, DAMP. Нагрузки, распределенные на поверхности - нет. Объемные нагрузки:

- температуры: T(I), TQ), Т(К), T(L). Специальные возможности:

- изменение жесткости при приложении нагрузки. KEYOPT(l) - признак свойств элемента:

- О - элемент применяется в качестве сдвиговой панели;

- 1 - элемент применяется в качестве закручиваемой панели.

Расчетные данные элемента

Расчетные данные, связанные с элементом, делятся на два вида:

- узловые объекты, такие как узловые перемещения, включены в полное узловое решение;

- дополнительные элементные объекты, перечисленные в табл. 2.20.

Таблица 2.20. Описание расчетных данных элемента SHELL28

2.10.21. COMBIN37 - контрольный элемент

Описание элемента

Элемент COMBIN37 является одноосным элементом с возможностью включения и отключения в ходе расчета. Элемент имеет одну степень свободы в каждом узле, перемещение в направлении оси узловой системы координат, вращения вокруг оси узловой системы координат, давление или температуру. Копт-рольным элементом с большими возможностями (шестью степенями свободы и большими перемещениями) является COMBIN7. Аналогичными одноосными элементами (без возможности управления) являются COMBIN14, COMBIN39 и COMBIN40. Элемент имеет много применений, таких как контроль потока тепла в виде функции температуры (термостат), управление демпфированием в виде функции скорости (механический демпфер), контроль сопротивления движению потока (перепускной клапан), контроль трения в виде функции перемещения (фрикционная муфта) и т. д.

Исходные данные элемента

Геометрия, расположение узлов и система координат для данного элемента показаны на рис. 2.21. Элемент определяется двумя парами узлов, которые являются активными узлами (I, J), н дополнительными контрольными узлами (К, L). Активные узлы определяют положение элемента. Некоторые параметры, связанные с контрольными узлами, используются для указания, является контрольный элемент частью конструкции (оп) или нет (off), и, таким образом, могут использоваться для разделения областей модели в ходе зависящего от времени или итерационного расчета. Иными исходными значениями являются жесткость (STIF), коэффициент демпфирования (DAMP), концентрированные узловые массы (MASI, MASJ), контрольные величины включения - отключения (ONVAL, OFFVAL), нагрузки, приложенные к элементу (AFORCE: положительная тяга между узлами (или напряжение в элементе)), начальное состояние включения - отключения элемента (START: - 1 при явном отключении, 0 для определения по начальному значению контрольного параметра, 1 при явном включении), несколько нелинейных констант (СТ, С2, СЗ, С4) и предельное усилие скольжения (FSLIDE).

Значение FSLIDE представляет абсолютное значение (модуль) упругого усилия, которое должно быть превышено перед возможным скольжением. Если

ЛЛ/WVY

AFORCE

MASI

MASJ

* Y DAMP >Контрольные узлы

Элемент применяется только в узловой системе координат

Рис. 2.21. Геометрия элемента COMBIN37

FSLIDE равно 0.0, возможность скольжения из элемента удаляется, то есть предполагается использование жесткой связи. Для расчетов задач МДТТ жесткость имеет размерность сила/длина или момент/поворот, демпфирование имеет размерность сила*время/длина или момент*время/поворот, масса имеет размерность сила*время2/длина или момент*время2/поворот, и элементная нагрузка имеет размерность силы или момента. Для тепловых расчетов с температурными степенями свободы жесткость представляет проводимость и имеет размерность энергия/время*градус, масса представляет тепловую емкость с размерностью энергия/градус, и элементная нагрузка представляет поток тепла, имеет размерность энергия/время. Кроме того, в расчетах со степенями свободы давления жесткость представляет проводимость потока с размерностью длина2/время. Жесткость, демпфирование, масса и нагрузка в элементе для осесимметричных задач должны относиться ко всем 360° дуги.

Активные узлы (I, J) имеют каждый только одну степень свободы, указываемую опцией KEYOPT(3). Контрольные узлы (К, L) могут иметь те же самые или отличающиеся степени свободы, как указывается признаком KEYOPT(2). Опция KEYOPT(l) присваивает контрольным параметрам узлов значения степеней свобод, первой или второй производной значений, интеграл значения или время,

Контрольные узлы не должны быть связаны ни с каким другим элементом. Если узел L не указан, контрольный параметр основан только на узле К. Если контрольным параметром (KEYOPT(l)) является время, контрольные узлы К и L не должны указываться.

Когда элемент активен и используется в задачах МДТТ, действия элемента подобны действиям любого другого элемента упругого демпфера с массой (такого как COMBIN14, MASS21 и COMBIN40). Кроме того, элемент может демонстрировать нелинейное поведение в соответствии с функцией RVMOD - RVAL + + C1CPARC2 + C3CPARC4, где RVMOD - измененное значение исходной геометрической характеристики RVAL (указанной при помощи KEYOPT(6)), значения с CI по С4 являются другими геометрическими характеристиками, a CPAR является контрольным параметром (см. KEYOPT(l)). Значение RVMOD также может быть определено пользовательской подпрограммой USERRC и вызываться при помощи KEYOPT(9) = 1. Следует обратить внимание, что измененное до отрицательной величины значение FSLIDE получает нулевое значение. При расчете полей степени свободы температуры или давления применяются аналогично перемещению.

Опции KEYOPT(4) и KEYOPT(5) при использовании совместно с ONVAL и OFFVAL устанавливают контроль над свойствами элемента. Элемент может быть включен или выключен в зависимости от значения контрольного парамет-; ра, связанного со значениями ONVAL и OFFVAL. Кроме того, следует обратить1 внимание, что при KEYOPT(4) = 0 и значении контрольного параметра (CPAR), находящегося в пределах интервала от ONVAL до OFFVAL, состояние элемента: зависит от направления CPAR (то есть при движении от включения до выключения и наоборот). Если ONVAL = OFFVAL = 0.0 (или пробелу), возможность включения - выключения игнорируется и элемент всегда активен.

Перечень исходных данных элемента

Узлы - I, J, К, L (или I, Jj К или I, J).

Степени свободы - UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ, PRESS, или TEMP (в зависимости от KEYOPT(2) и KEYOPT (3), см. ниже).

Геометрические характеристики:

- STIF - упругая жесткость;

- DAMP - коэффициент демпфирования;

- MASJ - узловая масса в узле J;

- ONVAL - контрольная величина включения (ON);

- OFFVAL - контрольная величина отключения (OFF);

- AFORCE - нагрузка в элементе;

- MASI - узловая масса в узле I;

- START - начальное состояние включения - отключения элемента;

- С1 - первое скалярное значение в уравнении для RVMOD;

- С2 - первый показатель в уравнении для RVMOD;

- СЗ - второе скалярное значение в уравнении для RVMOD;

- С4 - второй показатель в уравнении для RVMOD;

- FSLIDE - предельное усилие скольжения.

Примечание. Геометрическая характеристика DAMP представляет коэффициент демпфирования компонента демпфирования в элементе и не должна быть перепутана со свойством материала DAMP, упомянутым ниже.

Свойства материала - DAMP,

Нагрузки, приложенные к поверхности - нет.

Объемные нагрузки - нет.

Специальные возможности:

- нелинейность;

- адаптивное схождение (спуск). KEYOPT(l) - признак контрольного значения:

- 0,1 - контролируется значение (UK-UL) (или UK, если узел L не указан);

- 2 - контролируется первая производная значения по времени;

- 3 - контролируется вторая производная значения по времени;

- 4 - контролируется интеграл значения но времени (предполагается использование нулевого начального значения);

- 5 - контролируется значение времени (значение KEYOPT(2) и узлы К и L игнорируются).

KEYOPT(2) - признак степени свободы для контрольных узлов (К и L):

- N - используется степень свободы N, как указано для KEYOPT(3) (по умолчанию равна значению KEYOPT(3)).

KEYOPT(3) - признак степени свободы для активных узлов (I и J):

- О, 1 - UX (перемещение по оси X узловой системы координат); -2 - UY (перемещение по оси Y узловой системы координат);

- 3 - UZ (перемещение по оси Z узловой системы координат);

- 4 - ROTX (поворот вокруг оси X узловой системы координат);

- 5 - ROTY (перемещение по оси Y узловой системы координат);

- 6 - ROTZ (перемещение по оси Z узловой системы координат);

- 7-PRESS;

- 8 -TEMP.

KEYOPT(4) - признак поведения диапазона ON-OFF:

- О - перекрывающиеся диапазоны;

- 1 - уникальные диапазоны.

KEYOPT(5) - признак признак поведения позиции ON-OFF:

- О - OFF- любое -ON (или OFF-ON-OFF в уникальном диапазоне);

- 1 - ON- любое -OFF (или ON-OFF-ON в уникальном диапазоне).

KEYOPT(6) - признак геометрической характеристики, используемой для функции RVMOD (применяется при ненулевых значениях СТ или СЗ; подробнее см. выше в разделе Исходные данные элемента -):

- 0,1 - в качестве нелинейной функции используется STIF;

- 2 - используется DAMP;

- 3 - используется MASJ;

- 4 - используется ONVAL;

- 5 - используется OFFVAL;

- 6 - используется AFORCE;

- 7 - используется MASI;

- 8 - используется FSLIDE.

KEYOPT(9) - признак метода указания нелинейного поведения:

- 0 - для изменения геометрических характеристик применяется выражение для RVMOD;

- 1 - геометрическая характеристика изменяется подпрограммой пользователя USERRC.

Примечание. Информацию о написании пользовательских подпрограмм см. в Руководстве по объектам, программируемым пользователем .

Расчетные данные элемента

Расчетные данные, связанные с элементом, делятся на два вида:

- узловые объекты, такие как узловые перемещения, включены в полное узловое решение;

- дополнительные элементные объекты, перечисленные в табл. 2.21.

Перемещения в активных узлах и усилия, соответствующие выбранным степеням свобод, указываются опцией KEYOPT(3). Для осесимметричных задач усилия в элементе соответствуют полным 360° дуги.

Значение STRETCH в элементе является относительным перемещением в конце промежуточного шага, меньшим, чем полное значение скольжения (на-

пример, UJ-UI-SLIDE). Значения STATUS и OLDST указывают на включение и отключение элемента в конце текущего и предыдущего промежуточных шагов, соответственно.

2.10.22. СОМ ВIN39 - нелинейный упругий элемент

Описание элемента

Элемент COMBIN39 является одноосным элементом с нелинейным обобщенным представлением связи усилия с перемещением, который может использоваться в любом типе расчета. Элемент имеет продольные или крутильные свойства для расчета одномерных (1D), двухмерных (2D) или трехмерных (3D) задач. Продольная опция соответствует одноосному элементу, воспринимающему растяжение и сжатие, имеющему до трех степеней свободы в каждом узле: перемещения в направлении осей X, Y и Z узловой системы координат. При этом свойства изгиба и кручения отсутствуют. Опция кручения (торсиона) формирует чистый поворотный элемент с тремя степенями свободы в каждом узле: повороты вокруг осей X, Y и Z узловой системы координат. Свойства изгиба или восприятия продольного усилия отсутствуют.

Элемент имеет возможность учета больших перемещений, и при этом в каждом узле могут быть две или три степени свободы.

Элемент не имеет массы или тепловой емкости. Таковые могут добавляться при помощи соответствующих элементов (см. описание элементов MASS21). Билинейным элементом, описывающим связь усилие - перемещение с демпфированием и зазором, является элемент COMBIN40.

Исходные данные элемента

Геометрия, расположение узлов и система координат для данного элемента показаны на рис. 2.22 Геометрия элемента СОМВГЫЗЭ . Элемент определяется

5 зак. 46

Рис. 2.22. Гсометрия элемента COMBIN39

двумя узлами и обобщенной кривой связи усилий с перемещениями. Точки этой кривой (Dl, F1 и т. д.) представляют усилие (или момент), связанный с перемещением (или поворотом) для задач МДТТ, и скорость потока тепла (или потока) для значения разности температур (или давления) для теплового расчета. На1 грузки для осесимметричных задач должны относиться ко всем 360° дуги. >

Кривая связи усилий с перемещениями (кривая нагружения) должна указываться так, чтобы перемещения возрастали из третьего квадранта (сжатие) в первый квадрант (растяжение). Смежные перемещения не должны быть расположе* ны ближе, чем 1Е-7 (то есть 10 7), умноженное на ширину полного указываемого диапазона перемещений. Последнее указываемое перемещение должно быть положительным. Сегментов, близких к вертикальной ориентации, следует избегать. Если при расчете кривая связи усилий с перемещениями превышена, используется последний указанный наклон и состояние элемента остается равным номеру последнего сегмента. Если область сжатия кривая связи усилий с перемещениями указана в явном виде (и не получена отражением), то, по крайней мере, одна точка должна находиться в начале осей (0,0) и одна - в первом квадранте (области растяжения). Если KEYOPT(2) = 1 (сопротивление сжатию отсутствует), кривая связи усилий с перемещениями не должна простираться в третий квадрант. Следует обратить внимание, что это поведение только для растяжения может вызвать проблемы сходимости, аналогичные имеющимся в контактных элементах. Также следует обратить внимание, что число точек, определяющих кривую связи усилий с перемещениями (20 точек), может быть фактически удвоено при помощи опции отражения.

Наклоны сегментов кривой могут быть положительными или отрицательными, за исключением того, что наклоны в точке начала осей должны являться положительными и, при KEYOPT(l) = 1, наклоны на концах не могут являться отрицательными. Кроме того, при KEYOPT(l) = 1 точки кривой связи усилий с перемещениями не могут указываться во втором или четвертом квадрантах, и наклон любого сегмента не может быть больше, чем наклон сегмента в точке начала в данном квадранте.