Obecný princip 3D numerického modelování výrubu

Obecný princip 3D numerického modelování výrubu

Modelovaná situace Svislé zatížení nadloží se přenáší horninovým masivem na bok tunelu

Soustava lineárních rovnic Soustavou lineárních rovnic popíšeme určované veličiny např. posuny v uzlech

Diskretizace Část kontinua vybranou pro výpočet diskretizujeme pomocí konečných prvků

Prvky pro 3D diskretizaci Typy 3D prvků

Prvky pro pseudo3d stabilitníúlohu Různý počet uzlů u prvků umožňuje přesnější výpočet v požadované oblasti (aproximace z hodnot v uzlech)

Diskretizace ostění Železobetonové, mezilehlá izolace, prutové prvky umožňují přenést pouze tlak, neumožňují tření ani tah

Další typy prvků

Využití osové symetrie Pro snížení počtu prvků a zrychlení výpočtu

Vliv velikosti modelované oblasti Okrajové podmínky nesmí ovlivnit výpočet

Tektonika masivu může ovlivnit okrajové podmínky

Princip 3D modelování výrubu v programu MIDAS GTS Posloupnost kroků při modelování 1. Modelování geometrie 2. Generování sítě 3. Podmínky výpočtu 4. Vlastní výpočet 5. Postprocesing 6. Vyhodnocení výsledků

Modelování geometrie Geometrický model je základem analýzy konečnými prvky, na základě geometrických dat vznikají síť konečných prvků a ostatní procesy výpočtu, které ovlivňují výsledné hodnoty. MIDAS umožňuje import dat vytvořených programy CAD Další nástroje MIDASuumožňují výkonné generování komplexních úloh

Modelování geometrie Základní princip modelování 3D tunelu Vytvoření povrchu terénu pomocí externích dat (např. z geodetické sítě apod.)

Modelování geometrie Základní princip modelování 3D tunelu Vygenerování základního boxu

Modelování geometrie Základní princip modelování 3D tunelu Vložení terénu a odstranění zbytečné části nad terénem

Modelování geometrie Základní princip modelování 3D tunelu Vložení tunelu do modelované části

Modelování geometrie Základní princip modelování 3D tunelu Vytvoření plochy představující etapy výstavby

Modelování geometrie Základní princip modelování 3D tunelu Rozdělení tunelu (ostění) na etapy výstavby

Modelování geometrie Geometrický model je zásadně tvořen vzájemným spojením vazeb různých geometrických entit. Entita Entita Definice compound Objekt skupina nezávislých entit shape tvar obecný termín popisující nezávislou entitu solid trojrozměrný Část 3D prostoru ohraničeného pláštěm shell plášť soubor líců spojených hranami jejich síťových hranic surface curve povrch face líc Část roviny (2D) či povrchu (3D) ohraničeného uzavřenou sítí wire síť řada hran spojených svými vrcholy křivka edge hrana tavr odpovídající přímce či křivce určené vrcholy v extrémech Vertex vrchol bezrozměrný tvar odpovídající geometrickému bodu

Posloupnost geometrických entit Compound uzavřený objekt Shape tvar Shell plášť Solid trojrozměrný objekt Face líc Wire drátěná síť Edge hrana (okraj) Vertex bod (vrchol)

Modelování geometrie Entitou s nejnižší úrovní je bod -vrchol (vertex) definovaný vlastnostmi a souřadnicí v prostoru Vrchol (x,y,z)

Hrana Spojuje 2 konečné vrcholy, může být analyticky popsána (přímka, oblouk, kruh, spline apod.)

drátěná síť -smyčka Uspořádaná skupina hran (tj. je dána orientace po síti, může být hranicí líce (pokud je siťuzavřená), Sub-hrany sdílejí společné vrcholy

Hrana versus síť

Líc versus Plášť

Líc Uzavřen sadou hran (hranicélíce je síť), může být popsán analyticky (rovina, válec, koule apod.)

Plášť Orientovaná sada líců, sub-líce jsou spojeny společnými hranami, může být hranicí trojrozměrného prvku (pokud je plášť uzavřen)

Trojrozměrný objekt (objemový) Tvořen uzavřenou sadou líců (hranicí je plášť), má všechny vlastnosti pláště: -orientovanou sadu líců, -sub-líce jsou spojeny společnými hranami

Uzavřený objekt Uzavřený objekt seskupující 4 nezávislé tvary

Posloupnost tvorby trojrozměrného objektu Modelování geometrie

Uživatel může volně střídat mezi uzavřenou sítí a lícem nebo mezi pláštěm a trojrozměrným objektem protože sdílejí stejné sub-tvary Hranice líce je tvořena jednou sítí a hranice trojrozměrného objektu se skládá z jednoho pláště protlačení hrany vytvoří líc, protlačení sítě vytvoří plášť. Tento plášť sdílí stejné sub-tvary se skupinou líců generovaných protlačením sub-hran původní sitě.

Topologie geometrie Tvar Topologie popisuje vztahy jednotlivých entit Tvar nezávisle existující entita (není podmnožinou jiné entity), je nejvyšší topologií Neutralmode je možné vybírat jen tvary Commandmode je možné vybírat tvary a sub-tvary

Uzavřený objekt -skupina Uzavřený objekt je skupina tvarů, uzvařený objekt je také tvarem

Příklady tvarů Typ vybraného tvaru může být zkontrolován v Okně vlastností property window líc

plášť Příklady tvarů

Příklady tvarů Nezáleží na tom, kolik existuje hran, hranice líce je vždy síť. U uzavřených tvarů je koncový a počáteční bod identický líc

Trojrozměrný objekt Příklady tvarů

Příklady tvarů Pokud se spojí k sobě dva sousední líce v plášť, bude jedna čí více hran sdílena oběma líci

Modelování odshora Začínáme entitou nejvyšší úrovně a postupně dělíme na podrobnější úseky. Vhodná pro jednoduché modely

Modelování odspodu Začínáme nejnižší úrovní entit, vytvoříme subtvary, které na závěr spojíme dohromady. Je to velice časově náročné, ale umožňuje nám to komplexní modelování velice složitých tvarů. Čili od vrcholů postupujeme přes hrany, pak tvoříme líc a trojrozměrné objekty. Modelování můžeme doplnit exportem externích dat (CAD)

Schemamodelování odspodu

Příklad modelování odspodu Jednoduchý příklad, jen pro názornost postupu Požadovaná geometrie

Příklad modelování odspodu Začínáme modelování zeminovéhomasivu, vytvoříme základní tvar pomocí vrcholů a hran (řez)

Příklad modelování odspodu Hrany uzavřeme a dostaneme síť, která tvoří hranici líce

Příklad modelování odspodu Síť roztáhneme do trojrozměrného prvku

Příklad modelování odspodu Síť roztáhneme do trojrozměrného prvku

Příklad modelování odspodu Obdobně vymodelujeme trojrozměrnou oblast portálového úseku, kterou později vyjmeme z prvého objektu (masivu zeminy)

Příklad modelování odspodu Vyjmutí zeminy v místě portálu pomocí operací s trojrozměrnými bloky

Příklad modelování odspodu V trojrozměrném objektu zeminy v místě portálu vytvoříme tunel (entita plášť shell)

Příklad modelování odspodu V objektu zeminy vytvoříme objekt tunel (entita plášť shellvytvoří objekt tunel)

Příklad modelování odspodu V objektu tunel zavedeme entitu, která určuje pracovní záběry

Příklad modelování odspodu Objektu tunel rozdělíme na samostatné objekty podle pracovních záběrů

Nástroje pro práci s geometrií Výměna dat

Import terénu

Práce s objekty

Práce s objekty

Práce s objekty Vysunutí, rotace, ohýbání, umisťování

Přehled modelování MIDAS