Ткань в Ansys

[Stitch 0]

День добрый, уважаемые дамы и господа. Если у вас имеется малая толика свободного времени и есть что рассказать по этому поводу - пожалуйста, уделите внимание моему вопросу.

Допустим, у нас есть некая оболочка из ткани, геометрия которой определяется раскроем. Пусть, для определенности, это будет некая коническая конструкция с криволинейной образующей, типа шатра от цирка "шапито". Эта конструкция нижним краем крепится к неподвижному основанию так, что все перемещения этого нижнего края равны нулю. После этого шатер берут за макушку и начинают тянуть вверх, добиваясь натяжения его боковых поверхностей. Собственно, вопрос Чайника Серебристого: что он, Чайник Серебристый, вооружась ANSYS`ом, должен сделать, дабы определить по имеющимся перемещениям макушки тента напряжения, возникающие в ткани. Желательно также визуализировать возникающие под нагрузкой, вследствие неправильности раскроя, вспучивания и сморщивания ткани. Какой тип конечных элементов больше подходит для такой задачи? Как задать направленность волокон в разных элементах?

Заранее благодарен за ответ.

[Fedor 1 597]

Хороший вопрос, думал как-то посчитать надувные лодки, да руки не дошли.

Здесь имеем материал обратный бетону, то есть не сопротивляющийся сжатию и сопротивляющийся растяжению. Поэтому логично использовать критерий Друкера-Прагера наоборот, то есть задать отрицательный угол трения и нулевое сжатие, эквивалентное связыванию, как это обычно называют в грунтах. Теоретически должно получаться, но не пробовал. Элементы оболочечные. Для веревок есть флажек в стерженьке, а для оболочечных не встречал.

Посмотреть не проблема, в Help все описано.

Тема интересная, пишите, что получится.

Удачи.

[NKon 0]

Добрый день!

Ну, я вобщем-то такой-же "Чайник Серебристый", да и работающий в COSMOS/M, но по моему мнению нужно смоделировать (геометрически) шатер, причем высотой на "глаз" те минус 1 метр (очень грубо), затем задать предписанные перемещения на этот 1 метр (в COSMOS/M такая функция есть) и посмотреть, что получается. Вообщето задачка явно исследовательского толка и придется помучится.

Что-бы хоть как-то подкрепить свои слова, я делал как-то тканевую конструкцию (элементарнейшее прямоугольное полотно с ветровым нагружением), ее КЭ схему из COSMOS/M кидал в АНСИС, при расчете получались адекватные результаты плюс-минус 2 процента.

Расчет там нелинейный, характеристики ткани брал по ее испытаниям -

EX 309E+6 Pascals

NUXY 0.33

DENS 1.2E+03 Kgm/m**3.

Для оценочных расчетов это вроде может подойти, если есть другие данные по ткани напишите.

[Fedor 1 597]

По моему, тут самое интересное - поведение при сжимающих напряжениях, если принять, что везде растяжение, то все как обычно, любые оболочечные или мембранные элементы подойдут.

[NKon 0]

Доброе утро!!!

Уважаемый Fedor, вопрос непрофессионала, а разве

"По моему, тут самое интересное - поведение при сжимающих напряжениях..."

не сводится к задаче с прощелкиванием, что описано то ли у Басова, то ли у Шимковича?

С Уважением!

[Gravyx 0]

С трудом себе представляю прощелкивание ткани...

[NKon 0]

Доброе утро!

Ну, я вообще-то говорил о принципе...

[Fedor 1 597]

"задаче с прощелкиванием" мне кажется нет, например, надувная байдарка опирается на две волны, сверху на баллонах могут образовываться складки и можно считать, что верхние слои вообще не сопротивляются, складки могут быть, но прощелкивания не наблюдается.

Для упрощения ситуации можно посмотреть на одномерный случай - веревку.

Если искать аналогии, то ситуация похожа на диод - в одну сторону есть действие, например, сопротивление, а в другую нет.

Прощелкивание обычно тогда, когда выпуклость конструкции не совпадает с направлением перемещений, а мы вроде рассматриваем общий случай.

[Stitch 0]

Спасибо, что не оставили без внимания

Намучившись с шатром, понял, что лучше начать с простой "мембранной архитектуры" - квадрат, который за противоположные углы тянут вверх и вниз с целью образовать "седловидную конструкцию". Беда тут в следующем: материалы либо напрочь отказываются работать "тканеподобно", либо (как в случае с "оболочкой-41" при выключенной жесткости на "складывание") идут такими складками, которые в природе не наблюдаются (при условии, что наблюдатель - в здравом уме и твердой памяти). Как в ANSYS`е "включить" не только большие перемещения (large deflections), но и зависимость нагрузки от изменения геометрии?

[NKon 0]

Пожалуйста, прикрепите картинку с шатром. Наверняка на стыках граней проходят троса, шнуры и тд сшивка внахлест или еще чего-нибудь. Неужели при другой жесткости границ полотна все равно есть смарщивание (расчетное)?

С Уважением!

[Stitch 0]

Картинка шатра мало чем поможет, так как, фактически, есть не один шатер - есть целое семейство шатров разного вида. И, с учетом точности раскроя нашими "рукастыми" рабочими, нельзя точно сказать, куда после приложения напряжений попадет тот самый сварной шов. Вообще, после недели интенсивного секса с АНСИСом я решил быть скромнее и забыть пока о точности раскроя. Чем смоделировать ткань так, чтоб было похоже?

[NKon 0]

Доброе утро!

Ну, я говорить могу только о Космосе, там для ткани Shell4T, характеристики по испытаниям ткани я писал выше, но модуль упругости у Вашей скорее всего в 5...10 раз выше. Я смотрел Вашу ветку на Ансисовском форуме и не понял - 10-метровые волны на квадрате 2*2 метра появятся когда в полотне отсутствует предварительное напряжение (это только ИМХО) и то не всегда и зависит от модуля упругости, может взяли даже ниже моего?

С Уважением!

[NKon 0]

А, забыл, в Космосе при подобных задачах мне приходиться заделывать все узлы оболочки от поворотов, может это поможет.

[Гость ISPA]

Интересная тема. По постановке задачи. Мембранным элементом не получится решить данную задачу. Появится неопределенность перехода от двух степеней свободы к трем. Нужно использовать специальный КЭ, в котором минимальны изгибные деформации. На этом специфика элемента не заканчивается. Элемент должен воспринимать только растягивающие напряжения. Элементы, работающие на сжатие исключают из расчета. Это и приводит к образованию складок. По этой причине расчет становится нелинейным. Но это не нелинейность физическая или геометрическая. Это нелинейность в смысле отсутствия вклада сжимающих напряжений в энергию деформации. Еще одна тонкость, с которой вы столкнетесь – это, что считать сжимающими напряжениями для элемента, когда на выходе тензор. В этой задаче много подводных камней и в рамках форума про все не расскажешь.

Проще обратиться к программистам, которые уже решили данную задачу.

[Fedor 1 597]

"минимальны изгибные деформации" с этим трудно согласиться, ткань все-таки, гнется как вздумается.

Технологии типа "рождение-смерть элементов" в силу дискретного в принципе характера больше подходят для анализа монтажа и катастрофоустойчивости.

Для непрерывных сред придуман критерий Друкера-Прагера.

[Гость ISPA]

Под "минимальными изгибными деформациями" понимается следующее. Степени свободы существуют, но они не работают по сравнению с общей работой. Идеален мембранный элемент, но с ним начинаются численные проблемы. Если у вас получится использовать мембранный элемент, то нет проблем.

Элементы не рождаются и не умирают. Они не работают на сжатие. Считайте, что это ортотропные элементы с большой разницей жесткости по направлениям.

Для решения таких задач комплексы и предоставляют возможность создания собственных элементов (модификации существующих).

Катастрофоустойчивость – это другая задача, не даром в названии присутствует слово устойчивость.

[Fedor 1 597]

В Ansys есть элемент вроде shell41 называется. Линейный четырехугольник, имеющий u,v,w степени свободы и выключающийся когда главные напряжения сжимающие. Он вроде для тканей нормально подойдет.

Катастрофоустойчивость здесь я употребил в смысле, что потеря каких-то элементов не приведет к катастрофическим разрушениям, ну, например,

перекосится здание, но не упадет. Может и не слишком удачно.

"рождение и смерть элементов" достаточно часто употребляющийся термин, подзабыл как это по английски, в Help можно посмотреть.

Внутренняя энергия от изгиба нулевая, а не деформации наверное, все-таки.

Для этого обычно вычеркивают строки и столбцы в матрице жесткости на обычных элементах, вклад в потенциальную энергию и будет нулевым в квадратичном функционале . Работа-то причем?

[Fedor 1 597]

"Если вычеркивать строки и столбцы в матрице жесткости, то этот прием приводит к вырождению матрицы жесткости." - матрицы жесткости без краевых условий по построению вырождены, так как основаны на производных и перемещения определяются с точностью до констант.

При желании пустые степени свободы можно и убрать.

" Они присутствуют в матрицы жесткости, но вклада в энергию деформации конструкции не вносят. То же самое в этой задаче сжимающие напряжения не вносят вклада в энергию деформации. " -

ну можно считать, что что-то присутствует или отсутствует. Нуль всегда можно прибавлять или отнимать в любых количествах. Если вклада в энергию не вносят, то эквивалентны нулю.

"Элемент, моделирующий воду необходим для расчета собственных частот подводных лодок. Масса есть, а жесткости нет. " - есть много других трактовок присоединенных масс. Иногда просто в матрицу масс добавляют величины в нужные позиции, это позволяет определять действие иасс по направлениям. В программах, ориентированных на строителей это обычное дело. В Ansys само собой тоже есть.

Но в отличие от ткани тут добавляются ненулевые.

"Если вы перейдете в координаты главных напряжений, то возникнут технические трудности. Как оставить растягивающие напряжения и убрать сжимающие" - там что-то с анизотропией связано, надо в help вчитаться.

[Гость ISPA]

С анизотропией связано. Но уж больно мудрено делать анизотропию в главных координатах.

<матрицы жесткости без краевых условий по построению вырождены, так как основаны на производных и перемещения определяются с точностью до констант>

По-другому это называется условием полноты.

<Нуль всегда можно прибавлять или отнимать в любых количествах>

Нуль прибавляется при использовании мембранного элемента. В данном случае добавляется малая величина.

Присоединенные массы удобная возможность. Часто используют присоединенные массы, которые имеют разные значения по осям. Но попробуйте правильно раскидать присоединенные массы для большого объекта и не ошибиться. В некоторых случаях удобнее применить элемент воды.

[Fedor 1 597]

Делают:

Both principal stresses are in tension. In this case, the program proceeds with the full stiffness at this integration point in the usual manner.

Both principal stresses are in compression. In this case, the contribution of this integration point to the stiffness is ignored.

One of the principal stresses is in tension and one is in compression. In this case, the integration point is treated as an orthotropic material with no stiffness in the compression direction and full stiffness in the tension direction. Then a tensor transformation is done to convert these material properties to the element coordinate system. The rest of the development of the element is done in the same manner is if the option were not used.

При чем тут вода? Уж лучше элемент водки назвать, более патриотично.

Судя по всему Вы пишете об обычном вычислении матрицы масс.