Хотелось бы узнать какие программы конечно-элементного моделирования и с использованием каких типов конечных элементов позволяют наиболее эффективно описать статическую работу тонкостенных профилей при использовании 3D модели (не стержневыми элементами). Дабы не утруждать участников, скажу что я в курсе что при расчете ЛСТК, необходим учет возможной потери местной устойчивости, устойчивости формы поперечного сечения и соответственно программный комплекс должен иметь такую возможность. Так же в курсе что расчет нужно проводить с учетом физической и геометрической нелинейностей. Интересует главным образом программы и наиболее подходящие типы КЭ. Вот например наткнулся как-то на статью в которой утверждалось что наиболее эффективным КЭ для расчета тонкостенных оболочек является некий криволинейный конечный элемент в котором имеется по 3 степени свободы в 8-ми узлах по углам и середине и по 1 степени свободы в 8-ми промежуточных узлах (см.

Программа расчета. Кручения профилей. Тонкостенных сечений. ПРОГРАММА CFSteel КАК. При расчѐте элементов из тонкостенных профилей.

Реализован ли такой элемент в программных комплексах Nastran, Ansys? Насколько оправданно его использование? Дабы не утруждать участников, скажу что я в курсе что при расчете ЛСТК, необходим учет возможной потери местной устойчивости, устойчивости формы поперечного сечения и соответственно программный комплекс должен иметь такую возможность. Так же в курсе что расчет нужно проводить с учетом физической и геометрической нелинейностей.

Интересует главным образом программы и наиболее подходящие типы КЭ. Термин потери устойчивости (Euler Buckling) в классической постановке к ЛСТК не очень применим, потому что потеря устойчивости происходит как правило на начальном этапе нагружения. Причем происходит она 'везде' - много похожих однотипных форм локальной потери устойчивости с близкими Кзапаса, выловить например 'общую потерю' среди них практически невозможно.

Она может оказаться за номером 1000 и больше. Дальнейший расчет имеет смысл в обеих нелинейных постановках, как nonlinear buckling (можете погуглить примеры на youtube) Для этого используются соотв. Оболочечные элементы - как правило 8 узловые (иногда ), важно чтобы элемент имел некоторое количество точек интегрирования по высоте сечения (т.е. Был 'слоистым') потому что иначе корректный учет пластических деформаций не возможен (как при обычных трех точках интегрирования по сечению, достаточных для линейного или геометрически нелинейного расчета). Учебник основы педагогического мастерства под редакцией зязюна. Пример - S8R в CalculiX, Shell93 в ANSYS и так далее. Оценка закритической работы в нелинейной стадии сопряжена с большими затратами машинного времени как правило и зачастую наталкивается на проблемы сходимости.

Поэтому nonlinear buckling чаще всего подразумевает явный динамический анализ (ls-dyna, abaqus explicit, impact-fem) Несущую способность определяете по графикам вида 'нагрузка-перемещение' в тот момент когда перемещения начинают возрастать значительно практически без приращения нагрузки. PS Испольование таких методов в рядовом инженерном проектировании как правило не применимо ввиду сложности и трудоемкости, а также чувствительности результатов к граничным условиям и возможным начальным дефектам. Поэтому попытки включить процедуры МКЭ в 'нормы' расчета вызывают много вопросов. Применительно к ЛСТК практичней использовать типизированные испытанные конструктивные решения, не отсупая от них совсем. Для кастомных конструкций ЛСТК годятся мало, потому что любое незначительное на первый взгляд изменение (например в системе связей или способе опирания) может вызвать снижение несущей способности. Для кастомных конструкций больше годятся обычные стальные элементы, рассчитываемые методами сопромата и хорошо предсказуемые в работе.

Присоединяюсь к ETCartman Применение всяких экзотических КЭ имеет место только в академических интересах развития механики, так как учет специфических степеней свободы промежуточных узлов требует дополнительных затрат времени. Лучше внимательно почитать этот сайт и посмотреть в сторону специфической CUFSM - реализующий вариацию МКЭ с продольным разбиением поперечного сечения на полосы (как альтернатива есть публикация метода с поперечным разбиением стержня полосами) П.С.

Кому интересно, это semi-loof shell elements. DmitryZ, Параболические элементы (с промежуточными узлами) позволяют создавать модели с меньшим числом элементов при сохранении требуемой точности решения. Позволяют создать качественную сетку по кривым.

От себя добавлю, что в Femap (NXNastran) модели с параболическими элементами куда 'капризней' чем с простыми. Т.е., если я правильно понял такой элемент может сэкономить время на расчет, за счет меньшего количества КЭ при той же точности, а так же полезен для криволинейных поверхностей. В иных случаях его применение остается под вопросом. А есть ли возможность задать нечто подобное в Femap + NXNastran?

Цитата: For any of the plane or volume elements, other than Plot Only, you can choose the Parabolic Elements option to create elements with nodes at the middle of each edge. For other element types, you can only create linear elements - nodes at the corners only. Таким образом выбрав тип Plate и включив опцию Parabolic Elements получим КЭ с 8-ми узлами в каждом по 6 степеней свободы (всего 48), а это не совсем. Да и уменьшив сетку в 2 раза логически (не гарантирую что практически) получим примерно тоже время расчета (сетка в 2 раза меньше - узлов в 2 раза больше), при этом почти уверен что потеряем в точности.

А если еще и проблемы в сходимости, то применение такие КЭ совсем теряет смысл. Поправите плиз если я где-то перегнул палку.

добавлено через 18 мин. Термин потери устойчивости (Euler Buckling) в классической постановке к ЛСТК не очень применим, потому что потеря устойчивости происходит как правило на начальном этапе нагружения. Причем происходит она 'везде' - много похожих однотипных форм локальной потери устойчивости с близкими Кзапаса, выловить например 'общую потерю' среди них практически невозможно. Она может оказаться за номером 1000 и больше. Про общую потерю устойчивости я ничего не писал, имел ввиду местную(локальную) потерю устойчивости (local buckling) и потерю устойчивости формы сечения (distortional buckling).

Я так понимаю именно это (локальную потерю устойчивости) Вы и имели ввиду (см вложение). Для этого используются соотв.

Оболочечные элементы - как правило 8 узловые (иногда ), важно чтобы элемент имел некоторое количество точек интегрирования по высоте сечения (т.е. Был 'слоистым') потому что иначе корректный учет пластических деформаций не возможен (при обычных трех точках интегрирования по сечению, достаточных для линейного или геометрически нелинейного расчета). Пример - S8R в CalculiX, Shell93 в ANSYS и так далее. То есть ваш совет - использовать 8-ми узловые, слоистые КЭ. Shell93 в ANSYS - токового уж по-моему в 13 версии нет. Но слоистый ли он?

Вот этот слоистый но там нет промежуточных узлов (хоть он и 8-ми узловой). А что насчет Femap+NX Nastran, то элемент который мы обсуждали с Cfytrr подходит, или как-то нужно добавить слоистость? Да и не совсем понял сколько желательно точек интегрирования. Вы сначала пишите некоторое, но потом говорите что три точки это мало. добавлено через 12 мин. Все остальное - за пределами моего понимания. Присоединяюсь к ETCartman Применение всяких экзотических КЭ имеет место только в академических интересах развития механики, так как учет специфических степеней свободы промежуточных узлов требует дополнительных затрат времени.

Лучше внимательно почитать этот сайт и посмотреть в сторону специфической CUFSM - реализующий вариацию МКЭ с продольным разбиением поперечного сечения на полосы (как альтернатива есть публикация метода с поперечным разбиением стержня полосами) CUFSM - это метод конечных полос, насколько я понимаю кроме как в этой программе он нигде не реализован, да и имеет ряд ограничений, например: приложение нагрузки из плоскости элемента, переменная нагрузка по длине элемента, криволинейный по длине стержень. Или я не прав? Программа мкэ не разделяет какая форма потери устойчивости (общая или местная) - просто до кучи выдает коэффициенты и соотвествующие формы для linear buckling я просто имел в виду что для тонкостенных сечений у вас Кзапаса будет в пересчете на внешнюю нагрузку очень мал. Таким образом речь тут о потере усточивости в классической Эйлеровой постановке идти не может - только о запредельной работе фактически с самого начала.

Насчет типов элементов по номерам - не могу подсказать. Shell93 например слоистым как таковым не был, тут под слоистым имеется в виду точки интегрирования и их наличие, а не задание разного материала по слоям. Думаю что самый ходовой в последнем ANSYS оболочечный элемент поддерживает интегирование по глубине и может быть использован для пластики).

Я просто не в курсе последних обновлений ANSYS - у меня более старая версия. Динамический анализ тут как таковой не нужен конечно, но его часто применяют для сложных задач с глубокой нелинейностью - просто в том случае когда возможна бифуркация (раздвоение) форм, разного рода хлопуны и тд.

Силы инерции в этом случае помогают для улучшения сходимости. Под кастомными имел в виду - отличные от типовых. То есть когда инженер меняет узлы, связи, схемы опирания по своему усмотрению.

Поскольку в данном случае инженерный (по формулам) расчет чувствителен к исходным предпосылкам, то применительно к ЛСТК такое делать нужно осторожней. Не смотря на непродолжительную историю существования этого вида конструкций, они уже успели удивить значительным числом отказов. Явно большим чем традиционные. Основная причина видимо все таки в том, что инженеры пытаются вольно конструировать из ЛСТК, по привычке, как если бы это были нормальные жесткие сечения (в которых вольности допускаются).

Программа мкэ не разделяет какая форма потери устойчивости (общая или местная) - просто до кучи выдает коэффициенты и соотвествующие формы для linear buckling Насчет типов элементов по номерам - не могу подсказать. Shell93 например слоистым как таковым не был, тут под слоистым имеется в виду точки интегрирования и их наличие, а не задание разного материала по слоям. Думаю что самый ходовой в последнем ANSYS оболочечный элемент поддерживает интегирование по глубине и может быть использован для пластики). Я просто не в курсе последних обновлений ANSYS - у меня более старая версия.

Действительно в SHELL181 и SHELL281 есть разбиение по толщине. Цитата: You can designate the number of integration points (1, 3, 5, 7, or 9) located through the thickness of each layer when using section input. When only one, the point is always located midway between the top and bottom surfaces. If three or more points, two points are located on the top and bottom surfaces respectively and the remaining points are distributed at equal distances between the two points. The default number of integration points for each layer is three; however, when a single layer is defined and plasticity is present, the number of integration points is changed to a minimum of five during solution. Вот только Вы не ответили по поводу их количества. Три точки, которые идут по умолчанию не достаточно?

Может есть специалисты по Femap+NX Nastran, как там реализовать интегрирование по толщине? Сетка в ANSYS и тому подобных программах вообще не проблема. Для начала например 4-6 элементов по ширине полки.

Можно даже включить адаптацию и программа сама намельчит где надо. Проблема не в том чтобы что то посчитать, а в том, что результаты нелинейного расчета не однозначные в отличие от линейного и не факт что то, что у вас сойдется - будет истинным решением.

Например достаточно сложно вопроизвести выключение части стенки из работы - нужно задавать начальные несовершенства. А выключение стенки - основная фишка например, без которой сравнивать с формулами вообще не корректно. Несовершенства могут быть заданы по разному - соответственно результат будет различаться. Другая проблема, которая сразу же становится очевидной - в том, как прикладывать нагрузку. Если от профлиста равномерно к полкам - то их просто погнет, что опять таки не соответствует проектным расчетным условиям. Если с контактом - то долго очень.

Поэтому явный анализ как правило предпочительней - видно процесс во времени, более физично. Начните сами считать - по крайней мере вам сразу будут видны все сложности и несоответствия. В выборе или размере элемента проблемы точно нет Вы для начала сами можете начать считать и сравнивать.

Любой метод имеет свои ограничения, так как реализовывает определенные задумки. Изучайте, пробуйте и принимайте решения. Рекомендации по плотности разбиения - специалист должен сам принимать решения, в зависимости от того - что он хочет посчитать и получить на выходе.

Если надо общее поведение сечения - то плотность разбиения должна позволять достаточно точно описывать форму деформирования сечения. Отсюда и решайте. Offtop: а то скатываемся до уровня. Сними колесо.

Раскрути четыре гайки. Возьми ключ такой-то. А как крутить. Злой я - это понятно.

Но зачем дублировать ссылку- которую я привел.