Programové systémy MKP a jejich aplikace

Programové systémy MKP a jejich aplikace

Programové systémy MKP ●

●

Obecné

●

Specializované (stavební)

●

ANSYS

●

ABAQUS

●

NE-XX

●

NASTRAN

●

NEXIS

●

….

●

SCIA Engineer

●

Dlubal (RFEM apod.)

●

ATENA

Akademické ●

CALFEM

●

ForcePAD

ANSYS (ANSYS Inc.) ●

Obecný, multifyzikální systém ●

Mechanika: statika, dynamika (vč. nelinearit, kontaktní úlohy)

●

Vedení tepla, difuze

●

Elektromagnetická (a jiná) pole

●

Proudění

●

Sdružené problémy

●

Strojírenství, jaderný průmysl

●

K dispozici na VŠB-TU

ATENA (Červenka Consulting) ●

● ●

Systém specializovaný na nelineární modelování železobetonových konstrukcí Zejména statika Speciální aplikace: výzkum, modelování pokročilých fází porušování železobetonu

NE-XX, NEXIS,... ●

NE-XX: řada programů pro statiku stavebních konstrukcí (prof. Kolář, doc. Němec, FEM Consulting)

●

Historický vývoj od 70. let (Dopravoprojekt)

●

Mostní konstrukce, stavebnictví

●

Podpora pro dimenzování (výpočet potřebných ploch výztuže)

●

Nástupce: NEXIS (ve spolupráci s firmou IDA)

●

Dnes: SCIA (SCIA Engineer apod.)

SCIA, Nemecek ●

SCIA Engineer

●

Specializace na stavebnictví

●

Moderní systém: grafické rozhraní, podpora pro dimenzování (na FAST je zatím stará verze – dimenzační moduly nepoužívat)

●

Výpočetní jádro vychází ze starších systémů

●

Dnes firma Nemecek

●

K dispozici na FAST

Dlubal Software ●

RFEM a další

●

Specializovaný software pro stavebnictví

●

Moderní prostředí

●

Výpočetní jádro z FEM Consulting (NE-XX,...)

●

Nově k dispozici na FAST

ForcePad ●

Akademické „MKP pro architekty“

●

Pro výuku: „kreslení“ konstrukcí, „optimalizace“

●

Bezplatně: http://forcepad.sf.net

uFEM ● ●

STM FAST VSB-TU Akademický: výzkum, pokusy (kombinace se simulačním software,...)

Obecné vlastnosti MKP systémů Platí: ●

Aplikace teorie pružnosti (plasticity)

●

MKP je přibližná numerická metoda Tedy:

●

●

Výsledky jsou nejvýše tak dobré jako při řešení tradičními metodami statiky a pružnosti, nikdy ne lepší Prutové konstrukce: výsledky shodné s deformační metodou

Výhody MKP ●

● ●

●

Možnost „snadného“ řešení rozsáhlých úloh (pomocí počítače) Možnost řešení tvarově složitých celků Možnost kombinace statických celků různých dimenzí (prut + deska,...) Relativně snadné rozšíření na nelineární úlohy (omezení z předchozího snímku zůstává v plném rozsahu v platnosti): plasticita, 2. řád (lineární stabilita,...), konstrukční nelinearita

„Nevýhody“ MKP Vyplývají často ze snadnosti ovládání programů a z neznalosti uživatelů ●

●

●

Jednoduché zadávání: ●

Riziko chyb z nepozornosti (překlepy, překliky)

●

Nesprávná volba modelu (typ úlohy, podpory, zatížení)

Nevhodné dělení na konečné prvky Absence kontroly jednodušším výpočetním postupem („...není čas...“, „...to dělal počítač, to musí být dobře...“)

Typické problémy modelování (1) ●

Volba modelu – klouby vs tuhé styčníky


Volba modelu – rovinná napjatost a deformace

Typické problémy modelování (2a) ●

Rovinná napjatost a deformace (vlastní tíha)

Typické problémy modelování (2b) ●

Rovinná napjatost (w=4.6) a deformace (w=3.5)

Typické problémy modelování (2c) ●

Rov. napjatost (sx=17.5) a deformace (sx=16.6) [kPa]


Podpory: vetknutí – kloub – pružná podpora


Vetknutí (w=1.2), kloub (w=6.0), pružná (w=6.1) [mm]


Vetknutí, kloub, pružná podpora



Typické problémy modelování (3d) ●



Podpory: bodová – liniová (plošná) podpora


Podpory: bodová (w=3.6) – liniová (w=0.8)


Podpory: bodová (sx=81), liniová (sx=27) [kPa]


Podpory působící jen v tlaku nebo i v tahu


Zatížení: bodové vs plošné


Zat.: bodové (w=1.3), plošné (w=0.5) [e-3 mm]


Zat.: bodové (sx=3.8), plošné (sx=0) [kPa]


Zat.: bodové (sy=-81.6), plošné (sy=-10) [kPa]

Typické problémy modelování (6d) ●

Zat.: bodové, plošné (sx) [e-6 Pa] !


Hustota sítě konečných prvků

Možnosti kontrol v MKP ●

●

●

●

Optická kontrola zdeformované konstrukce (prohýbá se „to“ od vlastní tíhy dolů?) Kontrola výslednic reakcí (odpovídají celkové velikosti zatížení v daném zatěžovacím stavu?) Srovnání s výpočtem jednodušším výpočetním modelem (prostý nosník, konzola, jednoduchý rám): ●

Řádová shoda výsledků (~30-80%)

●

Charakter průběhů veličin

Měření na reálné konstrukci (lze-li)

Aplikace MKP - příklady ●

Modelování zdiva (lineárně + plasticita)

●

Modelování konstní hmoty

●

Modelování detailů skleněných tabulí

●

Analýzy Karlova mostu v Praze

Modelování zdiva (1) ●

Zděný oblouk (model experimentu z Itálie)

●

Plasticita (Drucker-Prager, ANSYS), Materna


Podrobné lineární modely (uFEM)

●

Dva materiály, homogenizace vlastností


Podrobné lineární modely (ANSYS, Mynarzová)

●


Modelování kostní hmoty ●

Podrobné lineární modely

●


Modelování detailů skleněných tabulí ●

Lineární modely + velké deformace

●

ANSYS (Materna, Laschoberová)

Karlův most v Praze (1) ●

Lineární modely: ANSYS (Salajka)

●

Skořepinový model: 1 920 konečných prvků


Lineární modely: ANSYS (Salajka, Materna)

●

Přibližný 3D model: 21 920 konečných prvků


Lineární modely: ANSYS (Materna)

●

Přibližný 3D model: vlastní tíha


Lineární modely: ANSYS (Materna)

●

Přibližný 3D model: pootočení pilíře



●

Přesnější 3D model: 403 632 konečných prvků



●

Přesnější 3D model: detail



●

Přesnější 3D model: změna teploty (léto)



●

Přesnější 3D model: účinek změny teploty

Modelování dřevěného nosníku (1) ●

Lineární modely: ANSYS + Nexis (Mikolášek)

●

Ortotropní materiál

Modelování dřevěného nosníku (2) ●

Lineární modely: ANSYS + Nexis (Mikolášek)

●

Plasticita, kontaktní úloha (jednostranné vazby)

Modelování železobetonu (1) ●

Plasticita, trhliny (AFEM)

Modelování železobetonu (2) ●

Plasticita, trhliny (SBETA/ATENA, Mynarz)

Dynamika (1) ●

Železobetonový skelet (ANSYS, Kasl)

●

Zatížení zrychleními v čase Zrychlení 0,01 0,008 0,006 0,004

-0,002 -0,004 -0,006 -0,008 -0,01 Zrychlení N-S [m/s2]

Zrychlení E-W [m/s2]

7,59

7,36

7,13

6,90

6,67

6,44

6,21

5,98

5,75

5,52

5,29

5,06

4,83

4,60

4,37

4,14

3,91

3,68

3,45

3,22

2,99

2,76

2,53

2,30

2,07

1,84

1,61

1,38

1,15

0,92

0,69

0,46

0,00

0

0,23

0,002

Dynamika (2) ●


●

Výsledky: výchylky vybraných bodů v čase

Dynamika (3) ●


●

Výsledky: deformace ve vybraném okamžiku

Dynamika (4) ●


●

Výsledky: vn. síly ve vybraném okamžiku

Dynamika (5) ●

Železobetonový panelový objekt (ANSYS, Kasl)

Dynamika (6) ●

Železobetonový panelový objekt (ANSYS, Kasl)

●

Vybrané tvary kmitání

MKP a Monte Carlo ●

Prostorová příhradová konstrukce (Šedivý)

●

Účelový software LINK3D

●

Náhodné vstupy: SW AntHill

Programové systémy MKP a jejich aplikace

Recommend Documents