Связи

Связи – это уравнения, которые используются для задания ограничения между узлами конечно-элементной модели. Связи служат для создания упрощенных моделей.

В CAE Fidesys реализованы следующие виды связей:

Степени свободы;
Температура;
Поровое давление;
Расстояние между сущностями;
Направление;
Интерполяция.

Для задания жестких связей между телами на панели команд необходимо выбрать Режим - Граничные условия, Объект - Связи.

Для уменьшения количества ошибок применения связей и увеличения производительности все связи приведены к общему виду: максимальное количество главных узлов в связи теперь один, на побочные сущности не применяются ограничения на количество узлов.

Способ создания связи

Первым делом пользователь должен определиться со способом создания связей. Выпадающий список способов задания связей первый в виджете связи. ПК Fidesys предлагает два варианта создания связей – автоматический и прямой.

Прямой способ (Выбор главной и побочной сущностей) используется для создания 1 конкретной связи. Для этого в списке Главной сущности нужно выбрать тип задаваемой сущности. Варианты сущностей для главной сущности для данного способа – это вершина, узел и набор узлов, содержащий 1 узел. В ID сущности проставить 1 номер узла, вершины или набора узлов. Узел и вершину можно выбрать интерактивно кликом мышки. В побочной сущности можно выбрать любой тип и количество сущностей в зависимости от решаемой задачи. Все узлы, заданные в побочной сущности, попадут в заданную связь.

Автоматический способ (Автовыбор ближайших пар) используется для создания нескольких связей одновременно. Данный способ установлен как выбор по умолчанию. Список главных сущностей для этого способа ограничен следующим списком – вершина, узел, набор узлов. В отличие от прямого способа в ID главных сущностей можно задавать более 1, и набор узлов также может содержать большое количество узлов. В побочной сущности можно выбрать любой тип и количество сущностей в зависимости от решаемой задачи.

При автоматическом способе задания связи алгоритм проходит последовательно все узлы, заданный в главной сущности, пытаясь создать для каждого из них отдельную связь.

Есть два алгоритма автовыбора, которые отличаются методами поиска побочных сущностей. Переключение между алгоритмами происходит с помощью включения и отключение опции «найти в радиусе». По умолчанию опция отключена. При отключенной опции «найти в радиусе» алгоритм найдет 1 ближайшую к главному узлу сущность из списка побочных и добавит его в связь. Сущность будет найдена на любом расстоянии. При включенной опции «найти в радиусе» алгоритм найдет в списке побочных сущностей все ближайшие к главному.

Пример работы алгоритма «Автовыбора ближайших пар» на пластине с вырезами. Оба алгоритма создали 4 связи. Без включенной опции «найти в радиусе» алгоритм нашел ближайшую к главной сущность (линию) и создал с ней связь. С включенной опцией «найти в радиусе» алгоритм нашел все узлы в наборе узлов, попадающие в радиус, создал с связь между ними и главной сущностью.

Подробный пример можно посмотреть здесь

Связи тип Степени свободы

Связь по степеням свободы бывает двух типов – с заданной жесткостью и без.

Для того чтобы создать абсолютно жесткую связь требуется проставить галочки на тех степенях свободы, которые требуется ограничить, и оставить поле жесткости пустым. Для создания упругой связи по степеням свободы нужно указать значение жесткости в направлении степени свободы. Степени свободы можно задать, как в глобальной, так и в локальной системе координат.

Жесткие связи по степеням свободы служат для создания кинематических соединений. Данную связь рекомендуется создавать только по совпадающим узлам. В противном случае, может возникать приложенный момент, который не будет отображаться в реакциях, Запрещается, присваивать одну и туже побочную сущность нескольким главным узлам. Такая постановка может приводить к ошибкам или не сходимости решения.

Пошаговый пример создания связи по степеням свободы

Если требуется моделировать шарнирную связь между объемными телами/оболочками, то следует создать отдельный блок типа «Точка», в котором будут содержаться две вершины (с одинаковыми координатами), которые и будут являться центром шарнирного соединения. И уже эти точки связывать связью по расстоянию или интерполяция в зависимости от условий задачи.

Связь по степеням свободы приравнивает степени свободы побочных сущностей к степени свободы главной сущности. На рисунке приведен пример, где задана связь по степеням свободы с главной сущностью вершина 1 и побочными сущностями вершины 2, 3, 4. Если к такой связи будет приходить момент по оси Z равный Mz, то в ней будет образовываться обратный момент равный -Mz. Такая связь будет препятствовать вращению, так как перемещения главной сущности Ux1 приравнены перемещениям побочных сущностей Ux2, Ux3, Ux4. Если вращение должно просовывать в связи, то ее следует заменить на связь по расстоянию.

Упругие связи по степеням свободы служат для создания пружин. Количество пружин в связи будет зависеть от количества побочных сущностей. Итоговая жесткость связи будет равна количеству побочных узлов умноженная на заданную жёсткость, как для группы параллельных пружин. На упругие связи нет ограничений на расстояние между главным и побочными узлами и рекомендованном количестве побочных узлов.

Связи тип Температура и Поровое давление

Связи типов Температура и Поровое давление работают аналогично связям по степеням свободы, только в качестве степеней свободы служат температура и поровое давление. В такой связи также главная сущность должна содержать только 1 узел и не должно быть пересечений побочных сущностей между связями.

Связи тип Расстояние между сущностями

Связь расстояние между сущностями – работает как жесткая связь. Связь сохраняет геометрическое расстояние между главным узлом и побочными узлами постоянным. В такой связи также главная сущность должна содержать только 1 узел и не должно быть пересечений побочных сущностей между связями.

Такая связь часто применяется для моделирования навесного оборудования на инженерных изделиях или для передачи моментов объемному телу. В данной связи нет ограничений на вращение, в отличие от связи по степеням свободы, и узлы связи могут вращаться, как жесткое целое.

Связи тип Направление

Связь повторяет функционал связи по степеням свободы, её особенностью является автоматический выбор направления связи (а не ориентация по системе координат). Рекомендуется всегда задавать жёсткость связи направление.

Связи тип Интерполяция

Связь интерполяция является аналогом связи RBE3. Применяется там, где неприменима связь по расстоянию из-за своей жёсткости. Более подробно о связи RBE3.

Пошаговый пример создания связи по степеням свободы

Разница между связями по степеням свободы, по расстоянию и интерполяции подробно описана здесь.

Для создания жестких связей используются следующие команды:

create coupling [[id] <id>] [name <name>] master {volume|surface|curve|vertex|node|nodeset} {[[id] {[<id>] [<id range=" " start=" "> to <id range=" " finish=" ">]}...] [all]} slave {volume|surface|curve|vertex|node|nodeset} {[[id] {[<id>] [<id range=" " start=" "> to <id range=" " finish=" ">]}...] [all]} {dofs <x displacement=" "> <y displacement=" "> <z displacement=" "> <x rotation=" "> <y rotation=" "> < rotation=" "> [stiffness <stiffness>]|temperature|porepressure|distance} [cs {<id>|<name>}] [step {[[id] {[<id>] [<id range=" " start=" "> to <id range=" " finish=" ">]}...] [all]}]

Для изменения названия, зависимых и независимых объектов, используются следующие команды:

modify coupling {[[id] {[<id>] [<id range start> to <id range finish>]}...] [<name>] [all]} [name <name>] [master {volume|surface|curve|vertex|node|nodeset} {[[id] {[<id>] [<id range start> to <id range finish>]}...] [all]}] [slave {volume|surface|curve|vertex|node|nodeset} {[[id] {[<id>] [<id range start> to <id range finish>]}...] [all]}] [{dofs <X Displacement> <Y Displacement> <Z Displacement> <X Rotation> <Y Rotation> <Z Rotation> [stiffness <Stiffness>]|temperature|porepressure|distance}] [cs {<id>|<name>}] [step {[[id] {[<id>] [<id range start> to <id range finish>]}...] [all]}]

Для удаления жестких соединений, используются команды:

delete coupling <id_range>