Статья

Simcenter Femap: Использование опции Inertia Relief в Nastran

1. Введение

Inertia relief - продвинутая опция Simcenter Nastran, позволяющая моделировать механизмы и незакрепленные конструкции в статических решениях. Применительно к проектированию автомобиля типичным применением этой опции является моделирование поведения автомобиля при его движении по тестовому треку.

Опция часто используется для подмоделирования,когда граничными условиями являются только силы, которые уравновешивают модель,а закрепления отсутствуют.

В обычной практике статических решений Inertia Relief не используется (default). И пользователи, не исследующие специальные проблемы, связанные с учетом инерционных нагрузок, могут быть незнакомы с этой опцией без ущерба в получаемых результатах.

Использование Inertia Relief допустимо только в SOL 101. Отметим также, что Inertia Relief не применима в нелинейных последовательностях решений.

2. Описание Inertia relief

Статический анализ использует конечно-элементный метод, базирующийся на предположении, что модель не содержит механизмов и не может передвигаться как твердое тело. Если одно из этих условий не соблюдается, матрица жесткости модели становится сингулярной. Результатом является либо фатальное завершение на этапе разложения матрицы, либо не имеющий смысла результат для модели в целом или ее части.

Обычный конечно-элементный анализ не может корректно рассчитывать незакрепленные конструкции. Однако метод, называемый Inertia Relief, реализованный в Simcenter Nastran, позволяет это делать.

Простое понятие об Inertia Relief следующее: масса конструкции используется в алгоритме для порождения инерционных сил, сопротивляющихся неуравновешенным приложенным нагрузкам, что в приближении приводит конструкцию к статическому равновесию, хоть она и не закреплена.

Для активизации опции Inertia Relief пользователю необходимо:

1. Задать PARAM, INREL, -1

2. Cделать запись SUPORT в секции BulkData входного файла. Формат записи приведен в Quick Reference Quide.

3. Либо задать PARAM, INREL, -2 (Automatic) для автоматического создания записи SUPPORT. Этот метод является предпочтительным.

Для незакрепленной структуры запись SUPORT должна содержать список из шести независимых степеней свободы, определяющих возможность движения структуры как твердого тела. Наиболее простое представление об этом следующее: если закрепить описанные в SUPORT степени свободы, то структура не должна при этом иметь возможность перемещаться как твердое тело. Если хотя бы одно возможное движение конструкции как твердого тела не описано, дальнейший расчет не имеет смысла.

3. Основные идеи метода Inertia Relief

1. Автоматическое приложение канализируемой конструкции дополнительных ускорений для балансировки приложенных неуравновешенных нагрузок. После этого структура находится в статическом равновесии (сумма всех приложенных нагрузок равна численному нулю). Однако, поскольку конструкция не закреплена, перемещения твердого тела все еще возможны.

2. (Смысл записи SUPORT) Перемещения в направлениях, описанных в SUPORT, принимаются равными нулю. При этом обеспечивается движение всех узлов модели по отношению к ним. Термин «ссылочные» степени свободы в Inertia Relief NASTRAN обозначает степени свободы, описанные в записи SUPORT.

3. Решение получается относительно ссылочных степеней свободы (т.е. получаются перемещения, которые вы бы видели, если бы находились в системе координат, связанной с ссылочными узлами). Деформации (и соответственно напряжения) при этом, очевидно, не зависят от системы координат. И являются инвариантными к выбору ссылочных узлов при получении корректного решения.

Частным случаем использования Inertia Relief является расчет конструкции под действием однородного поля ускорений (например, свободного падения). Эта возможность активизируется картами DMIG, UACCEL в дополнение к перечисленным.

Здесь следует обратить внимание на один, казалось бы, очевидный момент: нагрузками при использовании Inertia Relief как правило являются реакции в узлах модели, взятые в некоторый момент времени из динамического расчета. При этом, если на модель, помимо возбуждений, например от неровностей дороги, действует сила тяжести (а именно так и происходит), то это действие должно быть учтено в динамическом анализе. И это действие сказывается на тех реакциях, которые мы передаем в Inertia Relief, SOL 101. Поэтому здесь задавать гравитационную нагрузку не следует.

Так вот, возможность, активизируемая картами DMIG, UACCEL, относится к случаю, когда к системе не приложено никаких нагрузок помимо однородного поля ускорений (например, свободного падения). Это весьма специфическая область задач. Например - анализ действия полезной нагрузки на космический корабль при его движении с некоторым ускорением.

4. Рекомендации по выбору SUPORT- степеней свободы

1. Степени свободы, описываемые в SUPORT, должны соответствовать реальному списку жесткостей в узлах модели. Например, степени свободы 4, 5 и 6 в узле солидного элемента не могут быть использованы, поскольку солидные элементы не имеют жесткости в этих степенях свободы. Поэтому во избежание ошибок рекомендуется в записи SUPORT использовать только поступательные степени свободы.

2. С большой осторожностью следует пользоваться возможностью записи SUPORT для одного ссылочного узла со всеми шестью степенями свободы в нем. Очевидно, таковым узлом не может быть узел солидного элемента или стержня. Однако, здесь возможны и менее очевидные ситуации. Например, ссылочный узел на плоскости или поверхности очень малой кривизны, состоящей из оболочечных CQUAD4 или CTRIA3 элементов. Эти элементы только формально имеют по 6 жесткостей в узлах. Реально они не имеют вращательной жесткости в направлении нормали к плоскости элемента. И в такой ситуации использование SUPORT приведет к фатальному завершению с сообщением о присутствии в системе механизма.

3. Как уже отмечалось, перемещения получаются относительно ссылочного узла. Кузов автомобиля в некотором смысле является протяженной конструкцией. И даже очень малые вычислительные погрешности, например во вращении, на длине в несколько метров дадут некоторое заметное паразитное перемещение.

4. Замечено, что критерии корректности, наиболее удовлетворительны, если ссылочная точка близка к центру тяжести модели. Ссылочные узлы желательно разнести по конструкции (применительно к кузову - например два узла в районе передней и один - задней подвески).

Дополнительные статьи по теме

No items found.

Получайте новые статьи блога ВКонтакте

Нас читают уже более 1 000 инженеров