Границы применимости теории оболочек.

[Jesse 957]

Решил всё-таки отдельную тему создать. Важный вопрос.. особенно для практики, подумал пригодится многим...

 

Частенько хочется и размерность сократить, и приемлемую точность соблюсти. Основное допущение двух, наверно, самых популярных теорий оболочек, заложенных во многие каешки (теория толстых оболочек Миндлина-Рейсснера и тонких Кирхгофа-Лява) - отсутствие передачи давления по нормали к оболочке/отсуствие нормального напряжения по нормали. В целом, если соотн-е толщины к пролёту<0,1 , то эти теории дают приемлемые результаты. Если соотн-е >0,1 , то лучше считать "твёрдотелом", ибо уже и давление по нормали приличное будет, и окружные напряжения по толщине изменяются и т.д....

Но порой вызывают сомнения  результаты даже  для "малых толщин" и надо быть внимательным.
К примеру, для реализации контакта воротника и обечайки посредством оболочек (утрированно считаем что они склеены по внутренней криволинейной грани)

 

даже по теории Миндлина получим неверный результат (сильно неверный) и по перемещениям, и по напрягам. Ибо тут принципиальное значение имеет передача давления по нормали, согласно теории
http://www.soprotmat.ru/lectuprugost3.htm

Кстати теория вродь как только линейная, по крайней мере реализация в SW композитных оболочек не допускает их применения в нелинейном анализе.
(что интересно, при связанном контакте двух цилиндр-х или плоских оболочек под давлением получим адекватные результаты по теории тонких/толстых оболочек; а при контакте по сферич. пов-сти как на картинке или другой сложной формы уже большая погрешность возникает).

Другой важный вопрос применения оболочечных КЭ - контактная задача.
Если при контакте куба (тетры)  и пластины (shell elements) всё в рамках разумного (результаты в сравнении с чисто тетраэдальной постановкой схожи), то для контакта двух оболочек программа выдаёт сообщение о невозможности построения эпюры контактного давления для оболочек,

что в общем-то разумно, ибо контактное давление - это суть нормальное напряжения в области контакта двух тел (в отсутствии трения - главное напряжение).
И тут встаёт интересный такой вопрос: а в каких случаях допустимо применение оболочек в контактных задачах, и допустимо ли вообще??

Ещё пытался найти нестыковки в задачах с гибридной сеткой.. основная мысль была, что в каких-то ситуациях, ввиду особенностей реализации связанного контакта или ещё чего-то,  нагрузки могут не передаваться в узлы оболочечных элементов или передаваться некорректно. С этим вроде как всё норм, всё в рамках теории (по крайней мере в SW)

 

Также интересна адекватность результатов посредством оболочечных КЭ в местах стыка под прямым углом  и  в месте приложения нагрузки по очень узкой площадке.
Для первого случая некоторые авторы пишут что-то тип "непосредств-о в месте стыка будет истинно трёхосный ндс, и теория оболочек там ошибётся". Но извините меня, результаты по трёхмерной теории упругости там тоже ошибочны, точнее они там не определены (священное слово "сингулярность"). Из моего скромного опыта работы с оболочками с соотн-ем толщины к пролёту или радиусу 1/100, 1/200 - в таком случае уж точно всё будет "ок" и можно смело юзать оболочки.
Касательно точечной нагрузки - ещё не успел проверить, но там имхо теория оболочек должна сильно ошибаться, ибо в малой окрестности приложения силы должны проявляться напряжения смятия, кот-е теория оболочек, понятное дело, никак не сможет учесть... Ну а "вдали" всё будет норм. Вообще, в ситуации подобной этой для сокращения размерности можно место приложения силы сделать твёрдым телом, а подавляющую часть модели - оболочки. В Солиде есть спец контакт "грань/кромка оболочки - тв. тело", и получается вполне гладкая картинка по напряжениям.. Примерно так.

Я обычно так делаю, когда в общей "тонкостенной массе" есть важные объёмные элементы, или просто когда на работе просят показать напряги в разрезе швеллера, например..


Интересно, в каких случаях теория оболочек может ещё ошибаться... мб кто помнит интересные случаи из своего опыта/практики?

[Jesse 957]

14 минут назад, ДОБРЯК сказал:

Эти напряжения будут меньше на три порядка.

но не 0 ж...

 

15 минут назад, ДОБРЯК сказал:

Но вы то пишите что их надо учитывать... Что оболочка считает неправильно...

в случае простой тонкой пластины не надо учитывать и всё правильно считает.

 

15 минут назад, ДОБРЯК сказал:

Вы сварку называете контактом это смешно читать. Напряжение называете давлением...

так в литературе так пишут авторы всякие. И по механике, и по МКЭ. Не я это придумал.)) я лишь позаимствовал ))

[ДОБРЯК 602]

31 минуту назад, Jesse сказал:

 

48 минут назад, ДОБРЯК сказал:

Вы сварку называете контактом это смешно читать. Напряжение называете давлением...

так в литературе так пишут авторы всякие. И по механике, и по МКЭ. Не я это придумал.)) я лишь позаимствовал ))

Давление это скаляр. На этом форуме это скаляр. Напряжение это тоже скаляр?

Не трогайте догму этого форума. 

В деревню одноногих приходят на одной ноге...

 

34 минуты назад, Jesse сказал:

в случае простой тонкой пластины не надо учитывать и всё правильно считает.

Тогда в чем был вопрос? Может быть ключевое слово простая тонкая пластина. На уровне теста или реальной конструкции можете пояснить? Я допускаю что я чего-то не знаю... 

 

 

[Jesse 957]

7 минут назад, ДОБРЯК сказал:

Тогда в чем был вопрос?

вопрос в том, в каких случаях это давление по нормали необходимо учитывать, чтобы получить приемлемые результаты.. примеры я обозначил в первом сообщении темы. Это многослойные оболочки. Какие ещё случаи?
Также вопрос про контактную задачу оболочек: вот контачят 2 оболочки, напряжения в зоне контакта вывести мы не можем ввиду заложенной гипотезы.. но вот будут ли верны результаты вдали от зоны контакта? Напряжения, прогибы..

[ДОБРЯК 602]

8 минут назад, Jesse сказал:

Также вопрос про контактную задачу оболочек: вот контачят 2 оболочки, напряжения в зоне контакта вывести мы не можем ввиду заложенной гипотезы.. но вот будут ли верны результаты вдали от зоны контакта? Напряжения, прогибы..

Вот когда две оболочки контачат) на уровне заклепок, точечной сварки и т.д . то никаких проблем нет. Если правильно моделировать места соединений...

А вот если, кузов легкового автомобиля или раму грузового автомобиля или кормоуборочный комбайн моделировать объемными КЭ, то будет очень много проблем...

Будут проблемы при моделировании и со временем решения...

[Jesse 957]

2 часа назад, ДОБРЯК сказал:

то никаких проблем нет

можете доказать это на уровне тестов?

[ДОБРЯК 602]

11 минут назад, Jesse сказал:

можете доказать это на уровне тестов?

Вам все уже доказали и объяснили. 

9 часов назад, Fedor сказал:

Так просто решил задачу о изменении кривизны трубы под нагрузкой . Учитывал прогибы немного отступя от сосредоточенной силы и подставлял это в формулу Герца о контакте параболоидов.  Все правдоподобно получилось и помогло при проектировании.  То есть зная силу взаимодействия, находил кривизну, а дальше аналитика  :) 

При контакте двух оболочек подставляете это в формулу Герца о контакте параболоидов...  Зная силу взаимодействия, находите  кривизну, а дальше аналитика  и смайлик...

Если Вам что-то не понятно, задавайте уточняющие вопросы...

 

Вы открыли эту тему и не можете на уровне примеров пояснить какие у вас проблемы.

Что я должен вам доказать на уровне тестов. Что тонкостенные конструкции можно правильно моделировать оболочками?

 

[Fedor 1 597]

"ролик в вашей задаче тоже тонкостенный был? а напряжения в зоне контакта находили в вашей задаче? или вы просто нашли перемещения под нагрузкой, а дальше джеформации и напряжения как обычно?" Ролик просто кусок стали. Пятно контакта и напряжения в нем как обычно по Герцу . Собственно это и интересовало. Подбирали радиусом ролика максимальное пятно контакта еще в форме эллипса. Трубу то подбирали по обычному сопромату на изгиб. Максимальное пятно контакта давало минимум герцевских напряжений.

[Jesse 957]

что интересно, в SW контактная задача двух оболочек может быть решена только посредством surface-to-surface контакта (программа выдаёт спец предупреждение об этом). И это обстоятельство уже вызывает нек-е сомнения.... Ведь дело известное, когда область контакта очень узкая, то этот тип контакта может давать сильно ошибочные результаты по крайней мере при реш-и задачи в тетрах.
Протестил изгиб условной линейки, опирающейся об "стол" с симметрией.

Сначала для обоих оболочек назначил одинаковую толщину, затем для "стола" - в 4 раза большую.
В первом случае они деформируются совместно как при связанном контакте (причём специально дал очень большую нагрузку и смотрел результаты в истинном масштабе true scale) - зазоров нет. Не знаю, может это соответствует теории для одинаковых толщин. 

Во втором случае зазор есть, то есть узлы "линейки" выходят из контакта.

Короче, пока больше вопросов чем ответов..))
 

[ДОБРЯК 602]

4 часа назад, Jesse сказал:

Протестил изгиб условной линейки, опирающейся об "стол" с симметрией.

Сначала для обоих оболочек назначил одинаковую толщину, затем для "стола" - в 4 раза большую.

Это качели. Это механизм. Попробуйте сделать физический эксперимент. Если с одной стороны сила будет чуть-чуть больше, то линейка улетит. Откуда вы только такие тесты берете...

Вам специалист объясняет, что все нужно решать по Герцу. Замените линейку роликом и решайте по Герцу...

 

Изменено 9 мая 2020 пользователем ДОБРЯК

[ДОБРЯК 602]

4 часа назад, Jesse сказал:

что интересно, в SW контактная задача двух оболочек может быть решена только посредством surface-to-surface контакта (программа выдаёт спец предупреждение об этом). И это обстоятельство уже вызывает нек-е сомнения.... Ведь дело известное, когда область контакта очень узкая, то этот тип контакта может давать сильно ошибочные результаты по крайней мере при реш-и задачи в тетрах.

Я так понимаю что вы тестируете программу. Покажите деформированное состояние линейки. Линейка должна изогнуться... Покажите эти точки контакта.

Контакт лучше решать узел-узел... Начинать лучше с такого контакта.

[Jesse 957]

39 минут назад, ДОБРЯК сказал:

Это качели. Это механизм.

я же ограничил перемещения вбок видно же. так бы линейка не деформировалась. контакт без трения.

 

4 минуты назад, ДОБРЯК сказал:

Контакт лучше решать узел-узел... Начинать лучше с такого контакта.

когда прогнозируется сильное изменение зоны контакта узел к узлу не проканает. В нелинейном анализе не доступен он у меня тем более

[ДОБРЯК 602]

5 минут назад, Jesse сказал:

когда прогнозируется сильное изменение зоны контакта узел к узлу не проканает. В нелинейном анализе не доступен он у меня тем более

Откуда такая самоуверенность и такие термины. Если вы все знаете когда проканает, когда нет. Если вы уже знаете ответ, зачем задавать вопросы?  Это же смешно читать.

Не нужно все валить в одну кучу. И контакт и нелинейность и .... Вы так никогда не разберетесь и не поймете результаты которые вам выдает черный ящик.

В линейном анализе покажите деформированное состояние и точки контакта в этом тесте. 

Вы зациклились на нелинейности...

 

[Jesse 957]

Имеется такое регулирующее устройство системы пассивного отвода тепла.

Для начала задача посчитать одну "жалюзи" под действием силы тяжести и ускорений от сейсмики. Под стрингерами (длинные продольные рёбра) имеется тонкий подкладной лист;  также в месте приварки нервюр (поперечные рёбра) к большой центральной трубе также имеются тонкие подкладные листы шириной всего 12 мм...

Собираюсь считать оболочками естессно, и пока мысли тупо не моделировать эти подкладные листы и посчитать в запас. 
С другой стороны, длинный подкладной лист будет воспринимать момент относительно оси, проходящей перпендикулярно трубе, так что его стоит включить в модель.
Что думаете.. сталкивался кто? Как моделите такие подкладные листы? Моделите ли вообще?

[karachun 2 038]

@Jesse Можно же наверное рассечь геометрию и задать разные толщины.

[piden 2 874]

40 minutes ago, Jesse said:

С другой стороны, длинный подкладной лист будет воспринимать момент относительно оси, проходящей перпендикулярно трубе

Скорее всего у них чисто технологическая функция - чтобы нормально сварить разнотолщинные листы.

Но в чем сложность учесть их, изменив толщину оболочки в этом месте, - совершенно непонятно. Не придется думать об отброшенной массе.

Кстати о ней. В большой трубе есть жидкость какая-то?

 

43 minutes ago, Jesse said:

регулирующее устройство системы пассивного отвода тепла.

Для чего оно такое? На эффективный радиатор как-то не похоже. Советское наследие?

 

 

[Jesse 957]

1 час назад, karachun сказал:

Можно же наверное рассечь геометрию и задать разные толщины.

 

58 минут назад, piden сказал:

Но в чем сложность учесть их, изменив толщину оболочки в этом месте

учесть то можно всегда..) вопрос в моделировании оболочки малой ширины по сравнению с толщиной. К примеру, при действии момента, который будет скручивать эту "полосу", будут уже сказываться "объёмные" эффекты сильно на мой взгляд. То есть по хорошему надо бы объёмные КЭ исп-ть.

 

1 час назад, piden сказал:

Скорее всего у них чисто технологическая функция - чтобы нормально сварить разнотолщинные листы.

скорее всего.. но на жёсткость то тоже скажется эта полоска..

 

1 час назад, piden сказал:

Для чего оно такое?

на АЭС есть несколько независимых систем безопасности. Система пассивного отвода тепла (СПОТ) входит в одну их них. То есть она включается только в аварийных ситуациях когда нужна отводить тепло. Там короче горячая вода в теплообменниках остужается, трубки теплообменников нагревают воздух, и через эти жалюзи выходит горячий воздух, когда створки открываются. Долгая история короч..
https://www.youtube.com/watch?v=AVncAw2QQhM

 

1 час назад, piden сказал:

Кстати о ней. В большой трубе есть жидкость какая-то

не

1 час назад, piden сказал:

Советское наследие?

как и всё почти..)

[karachun 2 038]

9 минут назад, Jesse сказал:

будут уже сказываться "объёмные" эффекты сильно на мой взгляд

Но там же сварной шов, если взяться за солиды то нужно будет и шов делать а это уже чересчур.

Мое мнение - утолщенная полоса это самый оптимальный вариант - будет учтена жесткость и масса, хоть и частично.

[piden 2 874]

59 minutes ago, Jesse said:

через эти жалюзи выходит горячий воздух, когда створки открываются

Судя по тому, что проектировщики озаботились приделать здоровенные демпферы, у них был повод ожидать нехилый расколбас этих створок при истечении воздуха.

И явно не из-за действия силы тяжести или сейсмики.

2 hours ago, Jesse said:

Для начала задача посчитать одну "жалюзи" под действием силы тяжести и ускорений от сейсмики.

[soklakov 1 475]

6 часов назад, piden сказал:

И явно не из-за действия силы тяжести или сейсмики.

откуда уверенность?

если система пассивной безопасности сломается после сейсмики, то может быть еще одна фукусима.

9 часов назад, Jesse сказал:

Собираюсь считать оболочками естессно, и пока мысли тупо не моделировать эти подкладные листы и посчитать в запас. 

а потом один раз кейс посчитать с листами, убедиться, что разницы нет, и успокоиться.

9 часов назад, Jesse сказал:

Что думаете.. сталкивался кто? Как моделите такие подкладные листы? Моделите ли вообще?

понимание некоторых принципов компенсирует незнание многих фактов.

не первый раз Вы ищете ответов, который похожи на таблицу объемов красных шариков.

При этом, безусловно, подобные рекомендации существуют для ряда задач. Эмпирические, проверенные опытом, иногда написанные кровью.

 

Но когда у вас есть два варианта исполнить задуманное и есть возможность потестить оба варианта, то зачем искать методичку с описанием, какой вариант лучше?

Обычно это делают, чтобы сэкономить время. Но это же не Ваш случай?

 

Но это так, лирика. В целом честь Вам и хвала, за поджигание дискуссий)

9 часов назад, Jesse сказал:

регулирующее устройство системы пассивного отвода тепла

а что оно регулирует?

как-то слово "пассивно" ассоциируется с бездействием, а регулирование - какое-никакое действие)

предлолагаю, жесткость и вязкость на поворот жалюзи? и речь идет о регулировке до аварии, а не во время. верно?

[Jesse 957]

1 час назад, soklakov сказал:

когда у вас есть два варианта исполнить задуманное и есть возможность потестить оба варианта, то зачем

Какие оба варианта? Оболочки и тетры, которыми надо замешить листы толщиной 1-2 мм при длине несколько метров?

 

1 час назад, soklakov сказал:

что оно регулирует?

Регулирует работу СПОТа :) даже в отсутствие внешнего источника электроэнергии.

Пассивно имеется в виду за счёт естественной конвекции горячий воздух отводится. Не принудительно :)

1 час назад, soklakov сказал:

жалюзи? и речь идет о регулировке до аварии, а не во время

Не, во время аварии! Когда вода в контуре реактора перестает циркулировать надо предпринять меры от перегрева!

7 часов назад, piden сказал:

нехилый расколбас этих створок при истечении воздуха

Неа