Расчет на статистическую прочность

Статический расчет конструкции (или иного анализируемого объекта) на прочность выполняется в предположении, что граничные условия и приложенные нагрузки постоянны или медленного изменяются во времени; при этом механические колебания или переходные тепловые процессы отсутствуют. В рамках статического расчета могут решаться задачи:

упругости (в линейной постановке);
пластичности (физическая нелинейность);
анализа конечных деформаций (геометрическая нелинейность);
теплопроводности;
многошагового нагружения.

Здесь вы можете посмотреть пример расчета с помощью MPI.

При решении задач упругости в линейной постановке действуют допущения, что рассчитываемая конструкция возвращается в исходное недеформированное состояние после разгрузки, деформации и перемещения в модели являются малыми как правило, малыми считаются деформации около 10% от характерного размера), напряжения не достигают предела текучести. При решении задач пластичности и анализа конечных деформаций учитываются эффекты возникающие при больших деформациях конструкции.

Запуск статического расчета на прочность осуществляется с Панели команд (предполагается, что пользователь уже построил конечно-элементную модель анализируемого объекта, задал граничные условия и нагрузки):

Выберите Режим - Настройки расчета.
В настройках расчета выберите вид расчета: Статический.
Среди настроек статического расчета выберите пиктограмму (Статический - Общие):

Рис. 1 - Панель команд, общие настройки статического расчета

В выпадающем списке Размерность выберите размерность решаемой задачи: 3D (трехмерная) или 2D (плоская).

В случае 2D необходимо дополнительно выбрать Тип плоской задачи: Плоское деформированное состояние, Плоское напряженное состояние или Осесимметричная постановка задачи. Первые два типа задач являются плоскими в обычном понимании, в то время как осесимметричную задачу, хотя она и имеет двумерную постановку, следует воспринимать как трехмерную. Более подробная информация об осесимметричной постановке задачи приведена в конце раздела.
В группе флажков Модель установите флажок, соответствующий особенностям используемой модели решения:

Упругость;
Пластичность;
Геометрическая нелинейность;
Теплопроводность;
Пьезопроводность.

При этом возможны и сочетания моделей (флажков), например:

Упруго-пластичность (флажки Упругость и Пластичность);
Термоупругость (флажки Упругость и Теплопроводность).

Для решения нелинейной задачи установите флажок Задать настройки нелинейного решателя. Откроются соответствующие окна ввода:

Рис. 2 - Панель команд, настройки нелинейного решателя

В них можно оставить значения, заданные по умолчанию, или указать требуемые пользователем.

Примечания: Нагрузка в нелинейной задаче прикладывается в виде последовательности шагов. Система нелинейных уравнений решается с помощью итерационного метода Ньютона. При достижении заданной точности решения или максимального числа итераций процесс решения завершается.

Дальнейшие настройки осуществляются следующим образом:

На Панели команд среди настроек статического расчета выберите пиктограмму ( Статический - Решатель).
Выполните необходимые настройки решателя для использования прямого или итерационного методов решения.
Настройте поля вывода результатов расчета (Статический - Поля вывода):

Рис. 3 - Панель команд, настройки полей вывода для статического расчета

Необходимые сведения по этой настройке приведены в подразделе Настройка полей вывода при статическом расчете.
Нажмите Применить.
Нажмите Начать расчет.

В появившемся окне выберите директорию, в которой будет сохранён результат, и введите название файла.

В случае успешно проведённого расчёта в консоли отобразится сообщение: Calculation finished successfully at "date" "time".

Для отображения результатов расчета можно воспользоваться пиктограммой (Открыть результаты последнего расчета). При нажатии на эту пиктограмму запускается постпроцессор Fidesys: программа FidesysViewer. Описание работы этой программы дается в отдельном руководстве.

Приведем более подробную информацию об Осесимметричной постановке задачи (один из вариантов Типа задачи). В случае данной постановки предполагается, что тело является трехмерным и радиально симметричным относительно оси Y. Более того, все нагрузки (и граничные и начальные условия) также приложены симметрично. Решение такой задачи возможно в 2D постановке, где рассматривается двумерная поверхность, поворот которой вокруг оси Y на 360 градусов составляет исходное тело.

Таким образом, в случае выбора Осесимметричного типа задачи следует построить фигуру на плоскости OXY, x≥0, воспринимая ее как тело вращения этой поверхности вокруг оси Y. Допустимые граничные условия в данной постановке: ограничение перемещений, скоростей; давление; распределенная сила; заданная температура; конвекция; поровое давление.

Рис. 4 - Тело вращения (конус слева) и его двумерное представление (треугольник справа) в осесимметричной постановке

Из условия осевой симметрии следует, что точки двумерной поверхности могут перемещаться только в радиальном (X) или осевом (Y) направлении. Точки, находящиеся на оси симметрии (x=0) могут двигаться только в осевом (Y) направлении. Данные условия выполняются автоматически при выборе Осесимметричного типа задачи.

Примеры выполнения этого расчета вы можете посмотреть здесь: