Документ 3. «Жесткостные характеристики»

Документ предназначен для описания физико-механических и некоторых геометрических характеристик конечных элементов. Здесь даны правила подготовки документа.

В первой позиции каждой строки документа указывается номер типа жесткости. Этот номер используется в графе 2 документа 1 при описании КЭ. Затем для каждого типа КЭ задается определенный набор характеристик. В документе могут использоваться служебные слова для обозначения вводимых характеристик.

В следующих позициях приводятся параметры, характерные для элементов данного типа. В документе могут использоваться как позиционные параметры (они всегда занимают определенную позицию в строке), так и ключевые, для идентификации которых используются служебные слова.

При задании характеристик в документе 3 используется система единиц, описанная в строке 33 документа 0.

В простейших случаях характеристики жесткости КЭ можно задать в виде следующих наборов позиционных параметров:

Е, ν, δ — для пластинчатых элементов;

Е, ν, δ, С1, С2 — для плит на упругом основании1;

Е, ν — для объемных КЭ,

где Е — модуль упругости; ν — коэффициент Пуассона; δ — толщина пластины; С1, С2 — коэффициенты постели.

1 Задание жестких вставок, коэффициентов постели, местных систем координат в 3-м документе устарело, но допустимо. Правильнее использовать документы 31-34.

Для КЭ стержней численное описание жесткостей может быть выполнено с использованием позиционных параметров по правилам, приведенным в таблице 1.

Таблица 1

Типы КЭ

Жесткостные характеристики

Условные обозначения

1, 4

2

3, 4

5, 6

EF

EF EIY [GFY]

EIY  GIkr

EF   EIY   EIZ   GIkr   [GFY   GFZ]

EF — продольная жесткость;

EIY, EIZ — изгибные жесткости относительно осей Y1 и Z1;

GIkr  — крутильная жесткость;

GFY, GFZ   — сдвиговые жесткости.

Кроме того, жесткостные характеристики могут быть заданы в виде комбинации ключевых слов (идентификаторов) и соответствующих им параметров. Идентификаторы, если это специально не оговорено, могут следовать в произвольном порядке. Для типов жесткости стержневых элементов порядок идентификаторов произволен. Для остальных – первым идет идентификатор из первой строки соответствующей таблицы.

Все возможные варианты задания жесткостных характеристик приведены: для стержневых элементов — в таблице 2, для пластин — в табл. 3, объемных элементов — в таблице 4, многослойных пластин — в таблице 5.

Таблица 2

Характеристики стержневых элементов

Содержание

Иденти-
фикатор

Параметры

Примечания

Числовые
характеристики

нет

EF EIY EIZ GIkr
[GFY GFZ]

Задаются при численном и численно-параметрическом задании жесткостных харак­теристик. Количество чисел зависит от типа конечного элемента согласно таблице 32.5-1.

Следуют сразу за номером типа жесткости

Параметрические сечения

S0

E, b, h

E — модуль упругости.

Описание и размеры сечений приведены в таблице 3.3-3

S1

E, b, h, b1, h1

S2

E, b, h, b1, h1

S3

E, b, h, b1, h1, b2, h2

S4

E, b, h, b1, h1

S5

E, b, h, b1, h1

S6

E, D, d

S7

E, b, h, b1, h1, h2, h3

S8

E, b1, h1, Y1, Z1,

b2, h2, Y2, Z2, …

Переменные сечения

VS

<геометрические характеристики концевого сечения>

В S00–S08 задаются геометрические характеристики в начале сечения, в VS – в конце

Cварные сечения

S41

E, b, tf, h, tw

E — модуль упругости.

Описание и размеры сечений приведены в таблице 3.3-3

S42

E, b, t, h, tw, b2, t2

S43

E, bf1, tf1, hw, tw

S44

E, bf, tf, hw, tw

S45

E, bf, tf, hw, tw

S46

E, b, h, t1, t2

Холодногнутые сечения

S51

E, h, b, s, r

Описание и размеры сечений приведены в таблице 3.3-3.

Модуль упругости и вычисленные жесткостные характеристики задаются с помощью параметра S198

S52

E, h, b, s, r

S53

E, h, b, s, h1, r

S54

E, h, b, s, c, r, a

S55

E, h, b, s, h1, r, b2

S56

E, h, b, s, r

S57

E, h, b, s, h1, r

S58

E, h, b, s, h1, r, a

S59

E, h, b, s, a, r

S60

E, h, b, s, h1, r, a

S61

E, h, b, s, a, r

S62

E, h, b, s, h1, r, a

S63

E, h, b, s, b1, r, h2, h3, h4

S64

E, h, b, s, h1, h2, h3, h4, b1, r

S65

E, h, b, s, h1, h2, h3, h4, b1, b2, r

Холодногнутые составные сечения

S66

E, h, b, s

Описание и размеры сечений приведены в таблице 3.3-3.

Модуль упругости и вычисленные жесткостные характеристики задаются с помощью параметра S198

S67

E, h, b, s, h1, r

S68

E, h, b, s, h1, r, b2

S69

E, h, b, s, b1, r, h2, h3, h4

S70

E, h, b, s, h1, h2, h3, h4, b1, r

S71

E, h, b, s, h1, h2, h3, h4, b1, b2, r

S72

E, h, b, s, h1, r

S73

E, h, b, s, r

Профили
металлопроката

ST

<имя раздела>
<номер строки>

Сечение из Полного каталога профилей ГОСТ (см. Список сортаментов прокатных профилей)

STZ

<имя каталога>

<имя раздела>
<номер строки>

В Приложении приведен каталог профилей металлопроката, включенных в ВК SCAD.

Следующие записи эквивалентны:

STZ RUSSIAN <имя раздела> <номер строки>

ST <имя раздела> <номер строки>

Составные
сечения
из профилей
металлопроката

STK

<имя каталога>

<имя раздела>
<номер строки>

<код компоновки>

<дополнительные параметры>

Виды составных сечений приведены на рис. 3.3-2.

Код компоновки и дополнительные параметры задаются в соответствии с таблицей 3.3-4

Сечения из
программ
Конструктор сечений,
Консул,
ТОНУС d>

 

S199

E ν EF EIY EIZ GKR GFY GFZ Y1 Y2 Z1 Z2 Alfa

E — модуль упругости;

ν — коэффициент Пуассона;

EF, EIY, EIZ, GIKR, GFY, GFZ — жесткостные характеристики (см. таблицу 32.5-1);

Y1, Y2, Z1, Z2  — размеры ядра сечения;

Alfa — поворот главных осей инерции по отношению к конструктивным осям

FILE

<имя файла>

В указанном файле должны находиться данные конструктора

Для холодногнутых сечений S51-S73

S198

E ν EF EIY EIZ GKR GFY GFZ Y1 Y2 Z1 Z2 Alfa

E — модуль упругости;

ν — коэффициент Пуассона;

EF, EIY, EIZ, GIKR, GFY, GFZ — жесткостные характеристики (см. таблицу 32.5-1);

Y1, Y2, Z1, Z2  — размеры ядра сечения;

Alfa — поворот главных осей инерции по отношению к конструктивным осям

Модуль упругости

E

E

 

Коэффициент
Пуассона

NU

ν

По умолчанию принято значение 0.2 для параметрических сечений и 0.3 для сечений из металлопроката

Тип элемента

KE

<тип элемента>

Для задания типа элемента. От его значения зависит набор параметров при численном и чис­ленно-параметрическом описании жесткостей (см. таблицу 32.5-1)

Размеры ядра
сечения

Y

lY,1 lY,2

См. рис. 3.3-10. Используются для выбора РСУ при численном задании жесткостей

Z

lZ,1 lZ,2

Сдвиг

GF

нет

Учет сдвига в элементах. При численном описании необходимо задать GFY и GFZ

Преднапряжение

N

N

При нелинейном расчете, например, пред­напряжение ванты

Удельный вес

RO

ρ

Удельный вес

Имя

NAME

<имя типа жесткости>

Имя типа жесткости. Оно не может быть бо­лее восьми символов. Если в нем заданы спе­циальные символы, то имя берется в кавычки

Вычисленные дополнительные характеристики

SHIFT

GIkr GFY GFZ

Вычисляются программой дополнительно при отсутствии в сортаменте металло-проката

Для вантовых элементов

VANTA

 

Признак вантового элемента

 

 

Таблица 3

Характеристики пластин

Содержание

Иденти-
фикатор

Параметры

Примечания

Свойства
материала

GE, GEI

Е  μ  δ

Соответственно, для изотропного, ортотропного и анизотропного материалов.

Для пластин после номера типа жесткости обязательно следует описание материала

GEO

E1 E2 ν12  ν21 G1  δ

GEA

E1 E2 ν21 ν21 G12 η12,1 η1,2 η1,12 η2,12  δ

Дополнительные свойства материала для плоско-деформируемых
систем

PD, PDI

нет

Расчет плоско-деформированных систем (вместо плосконапряженных), соответственно, для изотропного (PD и PDI), трансверсально-изотропного (PDT), ортотропного и анизотропного материалов (PDA)

PDT

E3 ν13  ν31

PDO

E3 ν13  ν31 v23  ν32

PDA

E3 ν13  ν31 ν23  ν32 η1,23 η3,12

XNT

XT YT ZT

Имя

NAME

<имя типа жесткости>

Имя типа жесткости. Оно не может быть более восьми символов. Если в нем заданы специальные символы, то имя берется в кавычки

Коэффициенты редуцирования

CRPL

CRBL

Cpl

Cbl

Коэффициент редуцирования изгибных жесткостей

Коэффициент редуцирования мембранных жесткостей

 

Таблица 4

Характеристики объемных элементов

Содержание

Иденти-
фикатор

Параметры

Примечания

Свойства
материала

OB

E ν

Задание числовых характеристик изотропного (ОВ), трансверсально-изоторопного (ОВТ) и ортотропного (ОВО) материалов.

Для объемных элементов после номера типа жесткости обязательно следует описание материала

OBT

E E3 ν12 ν13 G13

OBO

E1 E2 E3 ν12 ν21

ν13 ν31 ν23 ν32

G12 G13 G23

Имя

NAME

<имя типа жесткости>

Имя типа жесткости. Оно не может быть более восьми символов. Если в нем заданы специальные символы, то имя берется в кавычки

Таблица 5

Характеристики многослойных пластин

Содержание

Идентификатор

Параметры

Примечания

Признак
характеристик
многослойных пластин

GEM

нет

Следует сразу за номером типа жесткости в документе 3. Его задание является обязательным

Свойства
материала

L, LI

E(k) ν(k)  δ(k)

Соответственно, для изотропного, трансверсально-изотропного и ортотропного материалов.

Характеристики материалов слоев задаются сразу за идентификатором GEM последовательно, начиная с самого нижнего.

Наличие хотя бы одного идентификатора L, LI, LT или LO обязательно

LT

E(k) ν13(k) ν31(k)  G13(k) δ(k)

LO

E1(k) E2(k) E3(k) ν12(k) ν21(k) ν13(k) ν31(k) ν23(k) ν32(k) G12(k)  G13(k) G23(k) δ(k)

Эксцентриситет

DZ

Δ

Задание эксцентриситета в случае, если поверхность приведения (координатная поверхность) не совпадает со срединной поверхностью элемента

Имя

NAME

<имя типа жесткости>

Имя типа жесткости. Оно не может быть более восьми символов. Если в нем заданы специальные символы, то имя берется в кавычки

В таблице 7 приведены примеры описания жесткостных характеристик в документе 3.

Таблица 6

Характеристики односторонних связей

Содержание

Идентификатор

Параметры

Примечания

Признак характеристик односторонних связей

OSD

EF

Следует сразу за номером типа жесткости в документе 3. Его задание является обязательным

Направление связи

ORT

ΔX, ΔY, ΔZ

Направление связи, если оно не определено двумя узлами элемента

Знак

SGN

±1

Связь отключается при сжатии/растяжении

Зазор

DL

DL

Величина зазора, после которой связь включается/отключается

Преднапряжение

N

N

 

Преднапряжение смещением

DZ

DZ

 

 

Таблица 7

Характеристики связей конечной жесткости, упругих связей, нуль-элементов и жестких тел

Содержание

Идентификатор

Параметры

Примечания

Признак характеристик

SPRING

EX, EY, EZ ... 

Следует сразу за номером типа жесткости в документе 3. Его задание является обязательным.

За ним следуют величины жесткостей. При отсутствии связей задается нулевое значение

Преднапряжение смещением

TYPE

51, 55, 100 или 151

Тип конечного элемента.

151 - для нуль-элементов

 

Таблица 8

Характеристики законтурных элементов плиты

Содержание

Идентификатор

Параметры

Примечания

Признак характеристик

BED

e1, e2

Следует сразу за номером типа жесткости в документе 3. Его задание является обязательным.

За ним следуют величины жесткостей в соответствии с описанием элемента

Преднапряжение смещением

TYPE

53 или 54

Тип конечного элемента

 

Таблица 9

Примеры описания жесткостных характеристик

Текст документа 3

Содержание

1 S0 3.52e+06 30 40 RO 2.5 NAME “Колонна”/

Прямоугольное сечение 30х40см, модуль упругости материала 3.52e+06Т/м2, удельный вес 2.5Т/м3

2 STZ RUS_OLD I2 10 RO 7.85/

Сечение из «Старых сортаментов (1926, 1932 г.г.)». Двутавр балочный 24а по ОСТ 16-1932 (10-я строка сортамента), удельный вес — 7.85Т/м3

3 GE 3.06e+06 0.15 0.1 RO 2.5/

Жесткости изотропной пластины толщиной 0.1м, лежащей на упругом основании