CAD/CAE. Fyzikální model. (fyzikální podstata problémů, počáteční a okrajové podmínky, materiálové modely)

Podobné dokumenty
CAD/CAE. Fyzikální model. (fyzikální podstata problémů, počáteční a okrajové podmínky, materiálové modely)

Modelování jako zjednodušení Typický proces analýzy Typy analýz Příklad multifyzikální analýzy

Úvod do předmětu, úvod do problematiky CAE a MKP (přehled nástrojů a obecné postupy CAD/CAE, vazby součástí CAE)

Technologie a procesy sušení dřeva

Rozdíly mezi MKP a MHP, oblasti jejich využití.

OTÁZKY K PROCVIČOVÁNÍ PRUŽNOST A PLASTICITA II - DD6

Technologie a procesy sušení dřeva

Modelování vázaného šíření teplotněvlhkostního

KONSTITUČNÍ VZTAHY. 1. Tahová zkouška

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

FAKULTA STAVEBNÍ. Telefon: WWW:

Nauka o materiálu. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

FAKULTA STAVEBNÍ NELINEÁRNÍ MECHANIKA. Telefon: WWW:

Metoda konečných prvků Základy konstitutivního modelování (výuková prezentace pro 1. ročník navazujícího studijního oboru Geotechnika)

Metoda konečných prvků Charakteristika metody (výuková prezentace pro 1. ročník navazujícího studijního oboru Geotechnika)

TENSOR NAPĚTÍ A DEFORMACE. Obrázek 1: Volba souřadnicového systému

SOUSTAVY LINEÁRNÍCH ROVNIC

Nelineární problémy a MKP

Nosné desky. 1. Kirchhoffova teorie ohybu tenkých desek (h/l < 1/10) 3. Mindlinova teorie pro tlusté desky (h/l < 1/5)

Technologie a procesy sušení dřeva

Nelineární úlohy při výpočtu konstrukcí s využitím MKP

Aplikace metody konečných prvků

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

Základy matematické teorie pružnosti Tenzor napětí a tenzor deformace Statické (Cauchyho) rovnice. Geometrické rovnice

Dvě varianty rovinného problému: rovinná napjatost. rovinná deformace

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

7. Základní formulace lineární PP

1 Zatížení konstrukcí teplotou

PRUŽNOST A PEVNOST II

Výpočtové nadstavby pro CAD

Vybrané okruhy znalostí z předmětů stavební mechanika, pružnost a pevnost důležité i pro studium předmětů KP3C a KP5A - navrhování nosných konstrukcí

1 Vedení tepla stacionární úloha

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Zde je uveden abecední seznam důležitých pojmů interaktivního učebního textu

Téma 2 Napětí a přetvoření

Mechanika s Inventorem

7 Lineární elasticita

Pružnost a pevnost. zimní semestr 2013/14

Pružnost a plasticita II CD03

Zjednodušený 3D model materiálu pro maltu

Rovinná úloha v MKP. (mohou být i jejich derivace!): rovinná napjatost a r. deformace (stěny,... ): u, v. prostorové úlohy: u, v, w

Programové systémy MKP a jejich aplikace

Martin NESLÁDEK. 14. listopadu 2017

Biomechanika srdečněcévnísoustavy a konstitutivnímodelování

Tvorba výpočtového modelu MKP

laboratorní řád, bezpečnost práce metody fyzikálního měření, chyby měření hustota tělesa

1 Ohyb desek - mindlinovské řešení

Matematické modely a způsoby jejich řešení. Kateřina Růžičková

Globální matice konstrukce

Tutoriál programu ADINA

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Základní rovnice. - laminární tok -

Téma 1 Úvod do předmětu Pružnost a plasticita, napětí a přetvoření

Obsah PŘEDMLUVA 11 ÚVOD 13 1 Základní pojmy a zákony teorie elektromagnetického pole 23

Cvičení 9 (Výpočet teplotního pole a teplotních napětí - Workbench)

Reologické modely technických materiálů při prostém tahu a tlaku

Téma 12, modely podloží

4. Napjatost v bodě tělesa

Náhradní ohybová tuhost nosníku

OTÁZKY KE STÁTNÍ ZÁVĚREČNÉ ZKOUŠCE (NAVAZUJÍCÍ STUDIUM) OBOR 3901T APLIKOVANÁ MECHANIKA. Teorie pružnosti

Rozvoj tepla v betonových konstrukcích

LDF MENDELU. Simona Fišnarová (MENDELU) LDR druhého řádu VMAT, IMT 1 / 22

Teorie tkaní. Modely vazného bodu. M. Bílek

Vedení tepla v MKP. Konstantní tepelné toky. Analogické úlohám statiky v mechanice kontinua

U218 Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. Seminář z PHTH. 3. ročník. Fakulta strojní ČVUT v Praze

Numerické modelování interakce proudění a pružného tělesa v lidském vokálním traktu

SIMULACE V KONFEKČNÍ VÝROBĚ S VYUŽITÍM METODY KONEČNÝCH PRVKŮ (MKP, FEM)

Co by mohl (budoucí) lékař vědět o materiálech tkáňových výztuží či náhrad. 20. března 2012

Aktuální trendy v oblasti modelování

Přednáška 08. Obecná trojosá napjatost

Definujte poměrné protažení (schematicky nakreslete a uved te jednotky) Napište hlavní kroky postupu při posouzení prutu na vzpěrný tlak.

Soustavy lineárních rovnic

Téma 1 Úvod do předmětu Pružnost a plasticita, napětí a přetvoření

ŘEŠENÍ NELINEÁRNÍCH ROVNIC

Pružnost a plasticita CD03

Kap. 3 Makromechanika kompozitních materiálů

1. Úvod do pružnosti a pevnosti

ŘEŠENÍ NELINEÁRNÍCH ROVNIC

FUNKCE, ZÁKLADNÍ POJMY

6. Viskoelasticita materiálů

Obr. 0.1: Nosník se spojitým zatížením.

Okruhy k maturitní zkoušce z fyziky

Numerická simulace procesu vysoušení řeziva

Vícerozměrné úlohy pružnosti

NEURČITÝ INTEGRÁL - CVIČENÍ

PRUŽNOST A PLASTICITA I

Numerické metody. Numerické modelování v aplikované geologii. David Mašín. Ústav hydrogeologie, inženýrské geologie a užité geofyziky

vztažný systém obecné napětí předchozí OBSAH další

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A3. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

Cvičení 7 (Matematická teorie pružnosti)

2.2 Mezní stav pružnosti Mezní stav deformační stability Mezní stav porušení Prvek tělesa a napětí v řezu... p03 3.

březen 2017: Byly přidány experimenty: Bunsenův fotometr 6.12 Odraz vlnění na pevném a volném konci 6.20 Dopplerův jev Hysterézní smyčka

Zpráva pevnostní analýzy

Přehled modelů cyklické plasticity v MKP programech

EXPERIMENTÁLNÍ MECHANIKA 2

METODIKA VÝPOČTU NÁHRADNÍ TUHOSTI NOSNÍKU.

FUNKCE, ZÁKLADNÍ POJMY

Téma 1 Úvod do předmětu Pružnost a plasticita, napětí a přetvoření

Zpráva pevnostní analýzy

Soustavy lineárních rovnic a determinanty

Transkript:

CAD/CAE ÚNOD: Jan Tippner, Václav Sebera, Miroslav Trcala, Eva Troppová. Fyzikální model (fyzikální podstata problémů, počáteční a okrajové podmínky, materiálové modely) Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF) s ohledem na discipliny společného základu (reg. č. CZ.1.7/2.2./28.21) za přispění finančních prostředků EU a státního rozpočtu České republiky.

Strana 2 Fyzikální model Fyzikální model reality Okrajové podmínky Počáteční podmínky Materiálové modely lineární nelineární Materiálové vlastnosti

Fyzikální model Strana 3 Neboli fyzika úlohy Preprocessing: geometrie, numerický výpočtivý model (fyzikální model na síti) Využívá k popisu děje zavedených fyzikálních zákonů modelů, tedy zjednodušení fyzikální model je opět abstrakcí reality, vždy zjednodušuje, jinak by nebyl modelem (nikdy není věrnou kopií skutečnosti) Ampérův, Archimédův, Coulombův, Darcyho, 1., 2., 3. termodynamický, 1. a 2. Fourierův zákon, Gaussův z. elektrostatiky, Gay Lussacův, Henryho, Hookeův, Keplerovy, Kirchhoffovy, Lenzův, Malusův, Planckův vyzařovací z., 1 a 2. Fickův, Stefanův Boltzmannův... Fyz. problém je obvykle popsán rovnicí či soustavou. Např. PDE Popis chování rovnice (modelu) docílíme jejím řešením. Řešení složitějších modelů umožnily sofistikované numerické metody (MKP...), zefektivnění užití těchto metod přinesly počítače. Je určen okrajovými a počátečními podmínkami, materiálovými vlastnostmi a vlastnostmi elementu (tvarová funkce apod.)

Fyzikální model Strana 4 Snaha popsat fyz. problém v modelovaném systému (definice klíčových vlastností systému, které nás zajímají) pro potřeby CAE nejčastěji: Sdílení tepla (Fourierovy zákony, radiace, konvekce, kondukce) Heat Flow Difúze (Fickovy zákony, Darcyho zákony) Diffusion Mechanika tekutin (CFD Navier Stokes) Fluid Mechanics Elektromagnetismus (LF, HF Maxwell) Electromagnetics Napjatostně deformační analýzy (Hooke) Structural Analyzes, Stress Analyzes Akustika Acoustics (vlnová rovnice), Hooke Multifyzikální problémy Multiphysics, Coupled Field Analysis

Fyzikální model počáteční a okrajové podmínky Strana 5 Fyzika úlohy je dána okrajovými a počátečními podmínkami, fyzikálním zákonem, materiálovými vlastnostmi a vlastnostmi elementu (tvarová funkce apod.) Okrajové podmínky jsou takové podmínky, které musí funkce (popř. její derivace) splňovat v určitých bodech. Tyto body obvykle leží na okraji oblasti, na níž diferenciální rovnici řešíme. Řešení rovnic s okrajovými podmínkami označujeme jako okrajové úlohy (problémy), popř. úlohy (problémy) s okrajovými podmínkami. Počátečními podmínkami určujeme, jak má vypadat funkce, popř. její derivace v určitém časovém okamžiku na celé oblasti, na níž diferenciální rovnici řešíme. Řešení rovnic s počátečními podmínkami označujeme jako Cauchyovy úlohy (problémy) nebo úlohy (problémy) s počátečními podmínkami

Fyzikální model Strana 6 S volbou prvku v rámci ANSYS probíhá volba fyzikálního modelu et,1,type. mimo dimenzionality vazba na řešenou fyziku Následujícím krokem je naplnění fyzikálního modelu parametry mp material models Volba typu analýzy (teplo vs. mechanika, statika vs. dynamika), volba materiálového modelu (isotropní, otrotropní, anisotropní, lineární, nelineární který?) Důležité je vědět co chci počítat bude moje analýza vykazovat lineární nebo nelineární chování? Bude lineární model dostačující pro nalezení toho, co požaduji? Pokud lineární analýza stačit nebude, musíme použít nelineární analýzu

Fyzikální model lineární vs. nelineární analýza Strana 7 Nelineární chování je změna tuhosti struktury během řešení. Důvody pro tuto změnu nám rozdělují nelinearity do tří základních kategorií Geometrické nelinearity Materiálové nelinearity Nelinearity z důvodu změny statusu

Fyzikální model geometrické nelinearity Strana 8 V rámci geometrických nelinearit uvažujeme tyto tři jevy: Velké průhyby/rotace posunutí části struktury jsou velké ve srovnání s nejmenším rozměrem struktury (rybářský prut) Stress stiffening tuhost se výrazně mění s průhybem/ramenem momentu = napětí v jednom směru ovlivňuje tuhost v jiném (předepjaté kabely a membrány)

Fyzikální model geometrické nelinearity Strana 9 Při velkých rotacích/průhybech se nám neaktualizují okrajové podmínky během řešení změna tvaru není reflektována z hlediska zatížení

Strana 1 Fyzikální model materiálové nelinearity Materiálový model představuje model, podle kterého se materiál bude chovat na dané zatížení (mechanické síly, teplota, el. proud apod.) Lineární model představuje Hookeův zákon (oblast I) pružina E=tg = F k =tg = u

Fyzikální model materiálové nelinearity Strana 11 Materiálová nelinearita je vyjádřena nelineárním vztahem mezi napětím a poměrnou deformací Plastická oblast (trvalá deformace) Změnou teploty se mění materiálové vlastnosti (plasty) Vlivem zatížení se mění tuhost materiálu (dlouhodobé zatížení Creep)

Fyzikální model nelinearity vlivem změny statusu Strana 12 Mnoho struktur vykazuje různé chování při svém různém statusu, např. Tažné lano je buď napnuté nebo uvolněné (např. v klubíčku), dvě tělesa jsou nebo nejsou v kontaktu, puda je bud zmrzlá nebo rozmrzlá apod. Kontakt je častá, speciální a velmi složitá nelinearita Při kontaktu dochází ke vzájemným interakcím vedoucím ke změnám tuhosti obou těles a k jejich penetraci v každém kroku řešení je nutné elementy, které jsou v kontaktu, upravit z hlediska jejich tuhosti

Fyzikální model kombinace nelinearit V analýzách je častá i kombinace všech druhů nelinearit, např. pryžová manžeta v automobilu Velká deformace Materiál je guma (hyperelasticita) Vzájemný kontakt částí 1) Je obtížnější dosáhnout konvergence (nalezení řešení) 2) Dlouhý výpočet vs. přesnost 3) Obtížná verifikace (experiment nebo analytické řešení) Strana 13

Použité zdroje ANSYS 14.5 HELP Theory reference Strana 14

Použité zdroje Strana 15

Fyzikální model příklad napjatostně deformační analýzy Poměrnou deformaci { } lze rozložit na složku deformace tepelné { t}, počáteční { } a pružné { el}: { }={ el } { t } { } Vztah deformace a napětí pro lineární elasticitu materiálu zahrnující vnitřní (počáteční) napětí a napětí způsobená teplotní roztažností je dán vztahem: { }=[D ]{ el } { }=[D ] { } { t } { O } Matice tuhosti [D], resp. inverzní matice poddajnosti [D] 1 jsou definovány odlišně pro isotropní, ortotropní a anizotropní materiály. Pro isotropní materiály je matice [D] 1 definována: [ 1 μ μ μ 1 μ 1 μ μ 1 [ D ] 1= E ] 2 1 μ 2 1 μ 2 1 μ Strana 16

Strana 17 Fyzikální model příklad napjatostně deformační analýzy Pro ortotropní materiály má již matice poddajnosti [D] 1 tvar: E je Youngův modul pružnosti a µ je Poissonovo číslo. Teplotní deformace lze vyjádřit pomocí teploty, referenční teploty a koeficientu teplotní roztažnosti vztahem (analog. pro vlhkost): t = T T T ref w = H w Vazbu pole teplotního (vlhkostního) a napjatostního lze s ohledem na Hookův zákon, deklarovaný rozklad poměrné deformace do složek a druhý termodynamický zákon pro vratné děje zapsat pomocí párových konstitutivních termoelastických rovnic: [ ] 1 Ex μ yx 1 [D] = μ xy μ xz Ex Ex μ yz Ey μ zx 1 Ey μ zy Ez Ez 1 Ez 1 G xy 1 G yz 1 G xz Ey { }=[ D ] { } [ D ] { T } T q T =T [ D]{ T } c [k ] 2 T t t t