Поверхности

Поверхности описывают геометрию плоских или изогнутых компонентов конструкции, размеры поверхности которых значительно больше их толщины. Жёсткость поверхности определяется её материалом и толщиной. При генерации сетки КЭ на поверхностях создаются 2D-элементы. Для вычисления они применяются на средней поверхности.

Для ввода поверхности можно использовать существующие Граничные линии. Если вы графически задаёте поверхность с помощью возможностей контекстного меню навигатора или кнопок панели инструментов (см. рисунок Кнопки для плоских поверхностей), то определяющие линии автоматически создаются после задания параметров поверхности и подтверждения OK в диалоговом окне.

Вкладка Основы управляет основными параметрами поверхности. При установке флажков добавляются дополнительные вкладки, в которых можно задать конкретные данные.

Тип жёсткости

Тип жёсткости определяет, каким образом могут восприниматься внутренние силы или какие свойства предполагаются для поверхности. В списке представлены различные типы для выбора.

Норматив

Поверхность передаёт моменты и мембранные силы. Этот подход описывает общее поведение однородной и изотропной модели поверхности. Свойства жёсткости поверхности не зависят от направления.

Без толщины

Поверхность не имеет жёсткости. Этот тип следует использовать для ограничивающих поверхностей тела.

Жёсткая

С этим типом жёсткости можно моделировать очень жёсткие поверхности, чтобы изобразить жёсткое соединение между объектами.

Мембрана

Поверхность имеет равномерную жёсткость во всех направлениях. Однако передаются только мембранные силы в состоянии растяжения (n_x, n_y) и мембранные сдвиговые силы (n_xy). При сжимающих и поперечных силах, а также моментах соответствующие элементы поверхности исключаются из работы.

Без растяжения мембраны

Передаются только моменты и мембранные силы в состоянии сжатия. При мембранных силах, вызывающих растяжение, происходит отказ соответствующих элементов поверхности (пример: напряжение смятия).

Передача нагрузки

С этим типом можно прикладывать нагрузки на поверхность к областям, не заполненным поверхностями, например, ветровые нагрузки на окна или стержни ангара. Нагрузка этой поверхности распределяется по краям или по интегрированным объектам. Если создаются нагрузки на стержень, нагрузка пересчитывается в глобальные направления с отнесением к действительным длинам стержней (направления нагрузки X_L, Y_L, Z_L). Сама поверхность не имеет жёсткости.

Критерии передачи нагрузки можно задать во вкладке Передача нагрузки.

'Направление передачи нагрузки' описывает, в каком направлении(ях) нагрузка должна прикладываться к объектам. Список предлагает варианты выбора для изотропного распределения на основе анализа по МКЭ, а также для ортотропного размещения по полосам поверхности, которые применяются для определения грузовых площадей в одну или обе локальные оси поверхности.

При опции 'Изотропно | МКЭ' RFEM для определения распределения нагрузки использует отдельную подмодель, в которой поверхность отображается жёстким элементом поверхности. Все объекты, интегрированные в поверхность (стержни, линейные и узловые опоры, линии, связанные с элементами модели, соединения или узлы и т.д.), заменяются жёсткими линиями или жёсткими узловыми опорами. Реакции этой подмодели затем применяются как нагрузки для 3D-вычисления в RFEM. Если определённые объекты не должны передавать нагрузки, их можно указать в разделе 'Без воздействия на'.

При передаче нагрузки через полосы поверхности можно задать, как RFEM должен выполнить 'Распределение нагрузки'. По умолчанию нагрузка распределяется на смежные объекты с переменным ходом. Если же вы хотите получить постоянный ход нагрузки, выберите соответствующую запись в списке. Различие между этими двумя вариантами показано на следующем рисунке.

Возможности ввода для 'Ширины полосы поверхности', 'Коэффициента сглаживания' и 'Минимального количества полос на поверхности' доступны, если в разделе 'Опции' активирован флажок Расширенные настройки распределения. Корректировки необходимы только при проблематичных распределениях нагрузки. Действие этих параметров объяснено на примере в специализированной статье Расширенные настройки распределения на площадях передачи нагрузки.

Для площади передачи нагрузки можно также задать 'Вес поверхности', чтобы, например, учесть собственный вес остекления.

В разделе 'Без воздействия на' можно исключить стержни, линии и узлы из передачи нагрузки (например, связи). Задайте объекты по отдельности или выберите образцовый объект, параллельный стержням или линиям без нагрузки.

Когда граничные линии поверхности определены, в разделе 'Нагруженные объекты' указываются нагруженные стержни, линии и узлы. Если вы хотите иметь специфическое распределение нагрузки, установите во вкладке 'Основы' флажок Коэффициент распределения нагрузки. Затем можно индивидуально задать коэффициенты для передающих нагрузку объектов во вкладке Коэффициенты распределения нагрузки.

При передаче нагрузки через полосы поверхности можно учесть 'Эксцентриситет стержня' или 'Распределение сечения', чтобы корректно отобразить геометрическое положение стержня или его ход (см. главу Сечение). Флажок 'Пренебрегать поворотным равновесием' по умолчанию не активирован. Тем самым момент от нагрузок на поверхность образуется относительно центра тяжести и сопоставляется с моментом от нагрузок на стержень относительно центра тяжести. Для узловых нагрузок эта опция, однако, не имеет значения. На следующем рисунке показано, как свободная линейная нагрузка распределяется на противоположные стержни с учётом и без учёта поворотного равновесия.

Усиление

С этим типом жёсткости стабилизирующие действия профлистов, прогонов и связей можно просто и реалистично учесть при моделировании.

Поверхность усиления не учитывается как объект, влияющий на жёсткость. Скорее, она представляет геометрическую основу для задания стержней и объектов, лежащих в поверхности усиления, и определения их усиливающего действия. Поэтому у поверхности усиления флажок Деактивировать для вычисления установлен автоматически и не может быть снят.

Критерии поверхности усиления можно задать во вкладках Усиление, Параметры и Допуски.

Усиление

Доступны для выбора два типа усиления, принципиально различающиеся между собой.

• Поверхность

Усиливающее действие профлиста отображается через ортотропную поверхность, которая присоединена к подключённым стержням через жёсткие соединения. Жёсткость соединительных элементов при этом учитывается через линейные шарниры в жёстких соединениях.

С помощью 'направления напряжения' вы задаёте ориентацию профлиста. Она влияет на ориентацию ортотропной поверхности и учитывается при определении свойств ортотропии. Оси x и y относятся к местной системе координат xyz поверхности.

В разделе 'Стержни, соединённые с поверхностью' автоматически вносятся стержни, которые учитываются как второстепенные балки и продольные балки профлиста. Это все стержни внутри заданных Допусков в плоскости поверхности усиления и перпендикулярно или параллельно направлению напряжения профлиста.

Раздел 'Без воздействия на' предоставляет возможность исключить определённые стержни из автоматического назначения в качестве подключённых стержней.

• Опоры стержней

Усиливающее действие профлистов, прогонов или связей учитывается через опоры стержней на стержнях поверхности: для этих подключённых стержней создаются соответствующие панели сдвига стержня и поворотные опоры.

С помощью 'направления усиления' вы задаёте ориентацию профлиста или прогонов. Оси x и y относятся к местной системе координат xyz поверхности.

В разделе 'Поддерживаемые стержни' автоматически вносятся стержни, которые ограничивают крайний пролёт поверхности усиления или находятся ближе всего к границе поверхности усиления либо располагаются во внутреннем пролёте поверхности. Действуют Допуски в плоскости поверхности усиления и для ориентации перпендикулярно направлению усиления.

Раздел 'Без воздействия на' предоставляет возможность исключить определённые стержни из автоматического назначения в качестве подключённых стержней.

Параметры

Вкладка 'Параметры' согласована с типом усиления: у поверхности вы задаёте свойства профлиста и соединительных элементов, у опоры стержней — стабилизирующие компоненты конструкции.

• Поверхность

В категории 'Панель' задайте профлист. В списке можно выбрать уже определённое сечение или создать профлист с опцией 'Новое сечение'. Используйте для этого библиотеку, доступную с помощью кнопки . Из параметров сечения автоматически принимаются свойства, необходимые для ортотропной поверхности. Они используются для толщины с типом толщины Форма-ортотропия и типом ортотропии 'Профлист'.

В категории 'Продольные стыки' задайте, упорядочены ли профлисты регулярно или нерегулярно. Для каждой области между двумя соседними продольными стыками создаётся отдельная ортотропная поверхность. Эти поверхности соединяются на продольных стыках через линейные шарниры. Жёсткость соединения продольного стыка учитывается через жёсткости пружины, определённые в линейных шарнирах, которые получаются из упругости выбранных в категории 'Крепление продольного стыка' соединительных элементов. Положения продольных стыков автоматически выводятся из расположения профлистов.

'Экцентриситет' описывает положение профлиста относительно подключённых второстепенных балок. С опцией 'Сверху', например, профлист располагается так, что его нижняя сторона лежит на верхней стороне второстепенных балок.

В категории 'Панель — крепление второстепенных балок' задайте параметры для присоединения ортотропной поверхности к второстепенным балкам. Оно выполняется через жёсткие соединения. Линейный шарнир жёстких соединений отображает при этом жёсткость соединения, включая влияние деформации профиля. Для крепления профлиста к второстепенным балкам доступны выбранные соединительные элементы.

При профлисте в отрицательном положении можно задать, крепится ли лист к нижнему или верхнему поясу. При профлистах в положительном положении крепление всегда выполняется к нижнему поясу.

Присоединение ортотропной поверхности к продольным балкам также выполняется через жёсткие соединения с линейными шарнирами, которые получаются из жёсткостей крепёжных элементов. В категории 'Панель — крепление продольных балок' доступны некоторые соединительные элементы для выбора.

В категории 'Крепление продольного стыка' укажите соединительные элементы для продольных стыков. Здесь также в списке доступны определённые типы.

• Опора стержней

Выберите, какие компоненты конструкции расчётно участвуют в стабилизации. Помимо компонентов 'обшивка', 'Прогоны' и 'Связи', доступна также опция 'Ручная жёсткость'. Обшивки и прогоны взаимно исключаются. Связи, напротив, могут комбинироваться как с обшивкой, так и с прогонами.

Допуски

Во вкладке 'Допуски' вы задаёте допустимые отклонения, по которым стержни автоматически назначаются продольным и второстепенным балкам (тип усиления Поверхность) соответственно крайнему и внутреннему пролёту (тип усиления Опора стержней).

'Допуски для стержней в плоскости' определяют, в пределах какого отклонения стержни считаются лежащими в поверхности усиления. Это значение можно задать абсолютно как расстояние или относительно через угол.

Поверхность результата

Этот тип жёсткости позволяет преобразовать напряжения и силы других объектов с помощью метода интегрирования во внутренние силы поверхности. Так можно, например, у тела определить мембранные напряжения и напряжения при изгибе, которые должны рассчитываться с различными частичными коэффициентами надежности.

Дальнейшие критерии для интегрирования результатов можно задать во вкладке Поверхность результата.

В разделе 'Интегрировать напряжения и силы' выберите, должны ли результаты учитываться чисто по объектам или также геометрически внутри области. В разделе 'Включить объекты' задайте соответствующие поверхности и тела. Альтернативно выберите 'Все' объекты и затем исключите в разделе 'Исключено из включающих объектов' определённые элементы.

Если результаты определённой области должны интегрироваться "ниже" и "выше" поверхности, можно задать соответствующие расстояния в разделе 'Параметры'. Они относятся к местной оси z, перпендикулярной плоскости поверхности.

Геометрический тип

Геометрический тип описывает формальную концепцию поверхности. В списке представлены различные типы для выбора.

Плоскость

У плоской поверхности все граничные линии лежат в одной плоскости. С помощью кнопки списка доступны различные формы плоских поверхностей.

Вы можете определить поверхность (после OK в диалоговом окне) графически путём растягивания прямoугольника, круга и т.д. Если вы выбираете 'Ограничение', RFEM автоматически распознаёт поверхность, как только установлено достаточное количество граничных линий.

Четырехугольник

Этот тип поверхности описывает в своей базовой форме общую четырёхстороннюю поверхность. В качестве граничных линий возможны прямые линии, дуги, полилинии и сплайны. Так можно моделировать изогнутые поверхности.

В диалоговом окне 'Новая поверхность' задайте граничные линии четырёхугольной поверхности. Если замкнутая поверхность не может быть образована четырьмя линиями, допустимо и более четырёх линий. Во вкладке 'Четырехугольник' затем указываются четыре угловых узла. Они определяют, как разворачивается изогнутая поверхность.

NURBS

Поверхности NURBS образуются из четырёх замкнутых линий NURBS (см. главу Линии). Так можно моделировать почти произвольные свободные формы поверхностей.

В диалоговом окне 'Новая поверхность' задайте граничные линии поверхности NURBS. Каждая пара противоположных линий NURBS должна иметь одинаковое количество контрольных точек, чтобы порядок этих линий NURBS был "совместимым". Во вкладке 'NURBS' можно затем повлиять на форму поверхности через 'Веса контрольных точек'. Координаты выбранной контрольной точки указываются в разделе 'Координаты — Контрольная точка'.

Усечённая

Если поверхности пересекаются, можно быстро создать пересечение: выберите поверхности и вызовите контекстное меню. Доступны различные возможности для выбора.

С опцией 'Создать пересечение' генерируется только линия пересечения. Если вы выбираете одну из опций 'Разделить через пересечение', RFEM создаёт частичные поверхности и присваивает им тип 'Усечённая'. Затем можно удалить компоненты, если, например, вы хотите удалить выступающие поверхности.

Вращение

Поверхность вращения возникает, когда существующая линия вращается вокруг оси. RFEM создаёт поверхность из начальных и конечных узлов, а также из вращённых определяющих точек линии. При этом генерируются новые линии.

Во вкладке 'Вращение' задайте граничную линию поверхности, которая должна вращаться. Укажите угол вращения α. Точки оси вращения можно определить через координаты или графически с помощью кнопки .

Труба

Поверхность трубы возникает, когда центральная линия трубы вращается по радиусу вокруг этой оси. При этом генерируются новые линии: два круга и параллельная оси трубы полилиния.

Во вкладке 'Труба' задайте радиус трубы. Это значение описывает расстояние от оси трубы до центра поверхности. Укажите номер центральной линии или выберите ось трубы графически с помощью кнопки .

Если трубчатое сечение имеет конический ход, активируйте флажок 'Различный радиус на конце' и укажите соответствующее значение.

Сплайн с минимальной кривизной

С этим геометрическим типом можно создать изогнутую поверхность через управляющие узлы, лежащие на поверхности или вне её. Так можно, например, моделировать поверхности рельефа местности.

Задайте 'Систему координат' опорной плоскости и укажите 'Координаты проб в системе координат'. Эти точки представляют управляющие узлы сплайновой поверхности. Затем задайте 'Граничные линии опорной плоскости' или выберите линии графически с помощью кнопки .

Толщина с материалом

Выберите в списке существующих толщин подходящий тип или определите новую толщину (см. главу Толщины).

Материал толщины

Материал толщины, заданной в разделе выше, установлен по умолчанию. При необходимости можно выбрать в списке уже созданных материалов другой материал или также определить новый (см. главу Материалы). Этот материал затем присваивается типу толщины.

Шарниры

С помощью шарнира можно управлять передачей внутренних сил вдоль линии поверхности (см. главу Линейные шарниры. После установки флажка можно задать тип шарнира во вкладке 'Шарниры'.

Опоры

Если поверхность лежит на упругом основании, можно во вкладке 'Опоры' выбрать или заново определить опору поверхности (см. главу Опоры поверхностей).

Высвобождение

Чтобы развязать модель на поверхности, можно во вкладке 'Высвобождение' выбрать или заново определить выобождение поверхности (см. главу Выобождения поверхностей).

Экцентриситет

С помощью экцентриситета можно моделировать смещение по высоте всей поверхности (см. главу Экцентриситеты поверхностей). Тип смещения можно задать во вкладке 'Экцентриситет'.

Коэффициент распределения нагрузки

Для поверхности типа Передача нагрузки существует возможность задать коэффициенты распределения для передающих нагрузку объектов. Если вы установите флажок, можно назначить эти коэффициенты индивидуально в новой вкладке.

Нагруженные объекты площади передачи нагрузки предварительно установлены в одной строке. Каждому объекту присвоен коэффициент 1.00, так что все объекты вносят одинаковый вклад в передачу нагрузки. Если вы хотите специфическое распределение, щёлкните в следующую свободную строку и выберите линию или стержень. Затем назначьте подходящий 'коэффициент распределения'.

Уплотнение сетки

Шаг ячейки сетки КЭ может быть согласован с геометрией поверхности (см. главу Уплотнения сетки поверхности). Тем самым она независима от общих настроек сетки. Во вкладке 'Уплотнение сетки' можно выбрать или заново определить уплотнение сетки поверхности.

Специальные оси

Каждая поверхность имеет местную систему координат. Как правило, она ориентирована параллельно глобальным осям. Однако система координат может быть задана пользователем — раздельно для ввода и вывода.

Оси ввода

Ориентация осей ввода имеет значение, например, для свойств ортотропии и упругого основания или для воздействия нагрузки на поверхность.

Список в разделе 'Категория' предлагает различные возможности адаптировать положение осей:

• Угловой поворот: поворот осей xy поверхности вокруг оси z на угол α
• Ось параллельно линиям: ориентация оси x или y по линии
• Ось направлена к точке: ориентация оси x или y к точке пересечения линии с поверхностью
• Ось параллельно системе координат: ориентация осей по пользовательской системе координат

Опорные объекты можно определить графически с помощью кнопки .

Флажок 'Инвертировать местную ось z' позволяет ориентировать оси z и y в противоположных направлениях.

Оси результата

В настоящее время возможна ориентация осей результата только 'Идентично осям ввода'.

Сетка для результатов

Каждая поверхность покрыта сеткой, которая используется для вывода результатов в таблицах. Она позволяет вывод, независимый от сетки КЭ, в регулярных, настраиваемых точках результата.

По умолчанию установлена декартова сетка поверхности с равномерным шагом решетки 0,5 м в обоих направлениях. При необходимости можно здесь адаптировать 'шаги решетки' в направлении x (b) и в направлении y (h), выполнить 'поворот сетки' или изменить 'начало решетки'. Для круглых поверхностей тип сетки 'Полярная' предоставляет альтернативу для численного вывода результатов.

Если в разделе 'Опции' установлен флажок 'Автоматически адаптировать', точки решетки при изменении поверхности согласовываются с новой геометрией.

В разделе 'Точки' можно проверить координаты сгенерированных точек решетки. Изменения в таблице невозможны.

Интегрированные объекты

RFEM, как правило, автоматически распознаёт все объекты, лежащие в поверхности, но не использованные для определения поверхности.

Номера относящихся к поверхности узлов, линий и отверстий указаны в разделе 'Интегрированные объекты в поверхности'.

Если объект не распознан, его следует интегрировать вручную: деактивируйте Автоматическое распознавание объектов. Поля ввода в разделе 'Интегрированные объекты в поверхности' теперь доступны. Дополните недостающий номер объекта или используйте кнопку , чтобы определить объект графически.

Активировать передачу нагрузки

Флажок позволяет распределить нагрузку на поверхность — независимо от её типа жёсткости — с помощью площади передачи нагрузки. Тем самым поверхность действует в модели своей жёсткостью. Распределение нагрузки на соседние объекты, напротив, управляется параметрами, которые можно задать во вкладке Передача нагрузки. Эта функция актуальна прежде всего для поверхностей типа толщины Балочная панель.

Деактивировать для вычисления

Флажок предоставляет возможность не учитывать поверхность при вычислении, например, чтобы моделировать стадии строительства или исследовать вариант моделирования. Жёсткость, граничные условия и нагрузки поверхности в этом случае не применяются.

Информация | Аналитически

Этот раздел отображается, как только вы задали граничные линии поверхности. Он предоставляет обзор важных свойств поверхности, таких как площадь, тело и масса, а также положение центра тяжести поверхности и ориентация поверхности. Отверстия учтены соответственно.