Programové systémy MKP a jejich aplikace

Transkript

1 Programové systémy MKP a jejich aplikace

2 Programové systémy MKP Obecné Specializované (stavební) ANSYS ABAQUS NE-XX NASTRAN NEXIS. SCIA Engineer Dlubal (RFEM apod.) ATENA Akademické CALFEM ForcePAD

3 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

4 ATENA (Červenka Consulting) Systém specializovaný na nelineární modelování železobetonových konstrukcí Zejména statika Speciální aplikace: výzkum, modelování pokročilých fází porušování železobetonu

5 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.)

6 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

7 Dlubal Software RFEM a další Specializovaný software pro stavebnictví Moderní prostředí Výpočetní jádro z FEM Consulting (NE-XX,...) Nově k dispozici na FAST

8 ForcePad Akademické MKP pro architekty Pro výuku: kreslení konstrukcí, optimalizace Bezplatně:

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

10 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

11 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

12 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... )

13 Typické problémy modelování (1) Volba modelu klouby vs tuhé styčníky

14 Typické problémy modelování (2) Volba modelu rovinná napjatost a deformace

15 Typické problémy modelování (2a) Rovinná napjatost a deformace (vlastní tíha)

16 Typické problémy modelování (2b) Rovinná napjatost (w=4.6) a deformace (w=3.5)

17 Typické problémy modelování (2c) Rov. napjatost (sx=17.5) a deformace (sx=16.6) [kpa]

18 Typické problémy modelování (3) Podpory: vetknutí kloub pružná podpora

19 Typické problémy modelování (3a) Vetknutí (w=1.2), kloub (w=6.0), pružná (w=6.1) [mm]

20 Typické problémy modelování (3b) Vetknutí, kloub, pružná podpora

21 Typické problémy modelování (3c) Vetknutí, kloub, pružná podpora

22 Typické problémy modelování (3d) Vetknutí, kloub, pružná podpora

23 Typické problémy modelování (4) Podpory: bodová liniová (plošná) podpora

24 Typické problémy modelování (4a) Podpory: bodová (w=3.6) liniová (w=0.8)

25 Typické problémy modelování (4b) Podpory: bodová (sx=81), liniová (sx=27) [kpa]

26 Typické problémy modelování (5) Podpory působící jen v tlaku nebo i v tahu

27 Typické problémy modelování (6) Zatížení: bodové vs plošné

28 Typické problémy modelování (6a) Zat.: bodové (w=1.3), plošné (w=0.5) [e-3 mm]

29 Typické problémy modelování (6b) Zat.: bodové (sx=3.8), plošné (sx=0) [kpa]

30 Typické problémy modelování (6c) Zat.: bodové (sy=-81.6), plošné (sy=-10) [kpa]

31 Typické problémy modelování (6d) Zat.: bodové, plošné (sx) [e-6 Pa]!

32 Typické problémy modelování (7) Hustota sítě konečných prvků

33 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)

34 Aplikace MKP - příklady Modelování zdiva (lineárně + plasticita) Modelování konstní hmoty Modelování detailů skleněných tabulí Analýzy Karlova mostu v Praze

35 Modelování zdiva (1) Zděný oblouk (model experimentu z Itálie) Plasticita (Drucker-Prager, ANSYS), Materna

36 Modelování zdiva (2) Podrobné lineární modely (ufem) Dva materiály, homogenizace vlastností

37 Modelování zdiva (3) Podrobné lineární modely (ANSYS, Mynarzová) Dva materiály, homogenizace vlastností

38 Modelování kostní hmoty Podrobné lineární modely Dva materiály, homogenizace vlastností

39 Modelování detailů skleněných tabulí Lineární modely + velké deformace ANSYS (Materna, Laschoberová)

40 Karlův most v Praze (1) Lineární modely: ANSYS (Salajka) Skořepinový model: konečných prvků

41 Karlův most v Praze (2) Lineární modely: ANSYS (Salajka, Materna) Přibližný 3D model: konečných prvků

42 Karlův most v Praze (3) Lineární modely: ANSYS (Materna) Přibližný 3D model: vlastní tíha

43 Karlův most v Praze (4) Lineární modely: ANSYS (Materna) Přibližný 3D model: pootočení pilíře

44 Karlův most v Praze (5) Lineární modely: ANSYS (Salajka, Materna) Přesnější 3D model: konečných prvků

45 Karlův most v Praze (6) Lineární modely: ANSYS (Salajka, Materna) Přesnější 3D model: detail

46 Karlův most v Praze (7) Lineární modely: ANSYS (Salajka, Materna) Přesnější 3D model: změna teploty (léto)

47 Karlův most v Praze (7) Lineární modely: ANSYS (Salajka, Materna) Přesnější 3D model: účinek změny teploty

48 Modelování dřevěného nosníku (1) Lineární modely: ANSYS + Nexis (Mikolášek) Ortotropní materiál

49 Modelování dřevěného nosníku (2) Lineární modely: ANSYS + Nexis (Mikolášek) Plasticita, kontaktní úloha (jednostranné vazby)

50 Modelování železobetonu (1) Plasticita, trhliny (AFEM)

51 Modelování železobetonu (2) Plasticita, trhliny (SBETA/ATENA, Mynarz)

52 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

53 Dynamika (2) Železobetonový skelet (ANSYS, Kasl) Výsledky: výchylky vybraných bodů v čase

54 Dynamika (3) Železobetonový skelet (ANSYS, Kasl) Výsledky: deformace ve vybraném okamžiku

55 Dynamika (4) Železobetonový skelet (ANSYS, Kasl) Výsledky: vn. síly ve vybraném okamžiku

56 Dynamika (5) Železobetonový panelový objekt (ANSYS, Kasl)

57 Dynamika (6) Železobetonový panelový objekt (ANSYS, Kasl) Vybrané tvary kmitání

58 MKP a Monte Carlo Prostorová příhradová konstrukce (Šedivý) Účelový software LINK3D Náhodné vstupy: SW AntHill