[Askemann]

Начинаю осваивать Calculix. А точнее связку FreeCAD+GMSH+Calculix (бесплатная для коммерческого использования).
Цель — расчет простых металлических конструкций.
Имеется куча вопросов, потому что во-первых, в самом МКЭ я разбираюсь не сильно, а во-вторых, документация написана на английском, и с моим уровнем английского ее тяжеловато читать.
Создаю эту тему, чтобы задавать свои глупые вопросы и получать на них умные ответы.
Думаю, тема будет полезна не только мне, но и другим новичкам в МКЭ, поэтому прошу читателей не скупиться на знания.

Первые вопросы.

1. Посоветуйте пару книг, которые стоит почитать перед тем как приступать к МКЭ.

[Askemann]

а вы бы посоветовали поставить Caelinux 2013 (в котором уже есть все программы, но в предыдущих версиях) или Ubuntu 14.04 (и самому ставить новые версии программ)?

[ETCartman]

да, вы можете поставить Caelinux 2013 а потом например скачать и обновить Salome MECA 2014.2
(устанавливается довольно просто, правда запускать нужно не из меню пуск а из директории непосредственно)
Там есть визарды для статических задач (примитивных вроде вашей), колебаний, тепла и механики разрушения (с инициацией эллиптической трещины и определением ее характеристик) http://youtu.be/SaHBhzg7778
собственно под виндоус calculix работает плохо. 64 бит версия для больших задач старше версии 2.5 не работает нормально. Новые версии с большой задержкой (сейчас актуальная 2.8)
я правда давно очень пробовал линукс ставить из виртуальной машины и конечно это не то, потому что медленно.
я бы сейчас скорее виндоус ставил из виртуальной машины а не линукс
PS
кстати о программах довесках - европейские инженеры делают коммерческую программу на основе calculix http://www.roshaz.com/ и продают ее вполне удачно. можно запросит полную трайал версию вроде бы - без лимитов.
PPS
возвращаясь к вашей конкетной задаче - вы граничные условия все таки не корректно задаете. это же вопрос номер 1 по сути - какой толк в програамах если считать не то и не так как нужно. я могу решить вам ее в solidworks или где угодно - если вы выложите описание конструкции и нагрузок в виде схемы.

[Chardash]

Сообщение от Askemann а вы бы посоветовали поставить Caelinux 2013 (в котором уже есть все программы, но в предыдущих версиях) или Ubuntu 14.04 (и самому ставить новые версии программ)?

можно и в Caelinux 2013 обновить убунту, сам Caelinux 2013 на убунте, 12.04 по моему. НО. Чтобы обновить систему, какой то опыт с линуксом нужен, если на автомате ставить галки во время обновления, потом не все работает, у меня, например, перестал запускаться терминал(контр альт + Т не работает, запуск из приложений тоже, обновился вчера, все не успел посмотреть еще, выход из оболочки работает и обратно потом тоже) после обновления каелинукса до 14.04 убунты. Возможно полетело что то еще. Но в целом, нормально работает.

Сообщение от ETCartman я бы сейчас скорее виндоус ставил из виртуальной машины а не линукс

Мне тоже в линуксе очень понравилось, действительно, замечательные возможности.

----- добавлено через ~6 мин. -----

Меня ваши попытки научиться так растрогали, что решил прямо для вас сделать подробный пример

Вау, что здесь есть! Присоединяюсь к благодарностям

[ETCartman]

а зачем ее обновлять? обновляют систему с целью безопасности на серверах, а на десктопе достаточно браузер и версию флеш обновить, да и то для линукса это не так актуально.
для salome-meca есть универсальная сборка, которую можно установить куда угодно
http://www.code-aster.org/V2/spip.php?article303
в данном случае она рекомендуется автору темы для использования salome вместе с визардом для статических задач
просто caelinux - там даже ничего и устанавливать не надо, все уже предустановлено. Едиснтвенно что calculix придется обновить из ppa - но это обладать какими то особыми навыками не надо
Кстати Code-aster в своем роде уникальная программа, в основном в части расчета сооружений. Очень много практичных моделей бетона, модели грунтов и так далее - в общем действительно для моделирования актуальных явлений а не просто формальный инженерный расчет по каким то нормам, что большая часть программ строительного направления делает.
http://www.code-aster.org/V2/doc/def...ndex.php?man=R
Ну то в принципе для чего она и создавалась - быть копилкой полезных моделей для строителей и машиностроителей атомной отрасли.
Долгое время минусом было отсутствие англоязычной документации (от всех этих аффе_модиле аж трисет) , сейчас вроде много источников для освоения.

[Askemann]

Сообщение от ETCartman описание конструкции и нагрузок в виде схемы

Затвор гидротехнический, перекрывает глубинное водосливное отверстие. Нагрузка на затвор - гидростатика. Расстояние от верха затвора до поверхности воды вроде 15.68 м (в архиве с моделью был файл .xlsx с ординатами эпюры давления).
На нижней части затвора ограничение по z - затвор под собственным весом стоит на пороге отверстия. Левый и правый край затвора находятся в пазах. Нагрузка передаётся с затвора на бетон пазов через полозы из древесно-слоистого пластика. Полозы закреплены на затворе в местах ограничений по y.
Вот вроде и все.
Вот статья с фотографиями о затворах http://blog.rushydro.ru/?p=5302
Вот ещё фото затвора

Нажмите для просмотра

http://www.sztm.dn.ua/images/carousel/7.jpg Тут на ближнем краю затвора посередине как раз виден такой полоз.

[ETCartman]

Сообщение от Askemann Полозы закреплены на затворе в местах ограничений по y.

Я примерно имел в виду, что такой подход не работает корректно (см. картинку)
Нужно задавать полозья, контакт и прочее. Либо примерно оценивать эпюру контакта и задавать ограничение перемещений линией в зоне центра тяжести контактной эпюры (она обычно в данном случае будет треугольной или трапециевидной)
Вы можете проверить это утвреждение (о некорректности ограничения перемещений узлов по площади) просто посчитав балку на двух опорах.
Без корректного задания BC вся задача теряет смысл, потому что видимое внешнее сходство модели с конструкцией не гарантирует верного результата (есть разница - защемлено оно или свободно, причем разница для всей конструкции в целом а не только для места опирания, которое конкретно может и не интересовать)

PS
читая блог русгидро о конструкции затворов нашел там такую фразу "устойчивость к ледовым нагрузкам". То есть ваша конструкция достаточно массивная, чтобы работать просто на гидростатичесую нагрузку, вероятней всего это не есть основной расчетный случай?

[Askemann]

Сообщение от ETCartman устойчивость к ледовым нагрузкам

Это частный случай. Многие затворы их не испытывают. Например, все глубинные затворы (как и описанный выше).
Ледовые нагрузки следует учитывать в одном из основных сочетаний при расчетах поверхностных затворов водосливных плотин. Они обычно всю зиму стоят примерзшие.

[Dmitry88]

ETCartman, а Вы сварные швы не моделировали в сборке фермы?

[Askemann]

ETCartman
По вашему совету поставил на второй диск Linux. Установил последние версии Calculix и Salome_Meca.
В описанной выше модели заменил группы точек на одну в каждом углу (я так понимаю, это должно снизить защемление до минимума), и посчитал. Прогибы несколько увеличились.
Начал осваивать Code_Aster. Ниже прилепил свои потуги. Выход с ошибкой. Я так понимаю, что (как и в случае с Calculix) я не смог верно определиться с элементами. Пробовал моделизацию DKT, DST, в последний раз уже попытался сконвертировать сетку для COQUE_3D (см. файл .comm в прикрепленном архиве), но ни к чему хорошему это не привело.
Из хорошего: таким образом технический английский подтягиваю, и пару слов на французском уже выучил.

PS: файл не крепится, желающим посмотреть его, забирать ЗДЕСЬ.
PPS: файл прикрепился, но ссылку на всякий случай оставлю.

----- добавлено через ~18 ч. -----
Я так понял, что когда строится сетка, элементы меньшего порядка окружают элементы большего порядка. В моем случае оболочечные элементы 2D окружены линейными элементами 1D.
Зачем вообще так делается?
Участвуют ли элементы меньшего порядка в анализе?
Когда я считал модель в Calculix я линейные элементы удалял из сетки. Правильно так делать?
В code_aster мой расчет останавливается скорее всего тоже из-за того что в сетке присутствуют линейные элементы, а я их не определил в командном файле. Но как их определять? Ведь это же не балки, а края оболочек?

[ETCartman]

Сообщение от Dmitry88 ETCartman, а Вы сварные швы не моделировали в сборке фермы?

Это очень интересный вопрос. В примере который я выложил - сварные швы смоделированы не были, поверхности тел просто как бы склеены сеткой монолитно. Это достаточно обычная при расчетах такого рода вещь - считать швы отдельно от элементов, просто для ускорения задачи (не строить каждый шов вручную). Цель расчета в данном случае - смоделировать НДС фасонок и элементов. Хотя последнее - вполне возможно, просто нужно создать некоторый зазор и соединить две детали швами, как они есть. То что швы заданы не как они есть - влияет только на НДС в локальной зоне вокруг места сочленения. Это то что называется принцип Сен-Венана (можете почитать о нем в википедии) - только в данном случае речь идет не о приложении нагрузки а о внутренних усилиях между двумя жестко соединенными частями. В данном случае этот принцип формулируется в более общем виде - если модель имеет некоторые локальные неточности (приложения нагрузок в смысле зоны контакта, приложения закреплений и детализации отдельных частей), но при этом граничные условия и закрепления приложены так, чтобы обеспечивать статическую и деформационную правдоподобность (то есть равнодействующие сил - равны точным значениям, закрепления таковы что соответствуют реальной работе - жестко или шарнирно, узлы имеют степень податливости близкую к реальности)
то результаты на некотором удалении от мест, где данные неточности присутствуют, будут тем не менее верными.
Если вам интересно (и даже если не интересно именно вам) - я хочу сделать несколько примеров для анализа сварных швов объемными элементами и сопоставить их с нормами (американскими, советскими и т.д.) в том смысле - как делать такие расчеты и как корректно анализировать результаты.

Возвращаясь к швам - в некоторых программах процесс задания модели таким образом значительно ускорен. В солидворксе швы - обычно задаются двумя способами - как аннотация (то есть условно - для последующего черчения) и как фактические физические тела. Но при переходе в Solidworks Simulation это автоматом не учитывается - тела просто склеиваются плашмя.

Сообщение от Askemann ETCartman Начал осваивать Code_Aster. Ниже прилепил свои потуги. Выход с ошибкой. Я так понимаю, что (как и в случае с Calculix) я не смог верно определиться с

Code_Aster очень замечательная программа, по основным возможностям значительно превосходящая даже очень разрекламированные пакеты типа ANSYS.
Там конечно такой же принцип - сетка и группы отдельно, командный файл и т.д. Все это довольно непривычно и усугубляется франкоязычностью. Я сам очень хочу эту программу освоить - для себя и своей работы. Там есть такие вещи вроде механики разрушения, моделирования роста трещин, моделирование железобетона в объемной постановке с учетом трещин и преднапряжения арматуры (нечто подобное я видел только в примерах по Abaqus)
Просто пока руки не доходят.
Но в вашем случае - вам не нужно изучать все эти команды, а просто воспользоваться визардом Salome -meca (поварьировав параметры сетки и разбив ее объемными элементами)
вот примеры этого дела навскидку
http://youtu.be/4pyTcckhHvU
http://youtu.be/UdpTWsk4bMw

кстати - я посмотрел ваш расчет в CalculiX и он в принципе совершенно верный.
Некоторые советы по расчету в CalculiX
1) поскольку у вас высота щита намного меньше глубины - можете просто прикладывать максимальное давление ко всему щиту. Меняется оно не так уж и сильно.
2) вы прикладываете силы к группам узлов. А можете использовать команду cgx "comp" чтобы получить группы faces из групп nodes (то есть группы граней элементов из групп узлов). далее просто прикладываете давление в cgx командой send (записываете в текстовый файл)
смотрите это руководство для справки
http://dwg.ru/dnl/2517
3) если хотите масштабировать деформации например в 10 раза - то используйте команду (после Toggle>Add Displacement)
scal disp 10
такая вещь бывает полезной для анализа правильности граничных условий


То что у вас заданы перемещения на площадь с ограничением свободного поворота - в данном случае влияет очень мало. В принципе задание граничных условий во всех программах построено на одинаковых принципах и в данном случае это вопрос очень общий - актуальный для любой программы, а не конкретно открытых/закрытых.

Я так понял, что когда строится сетка, элементы меньшего порядка окружают элементы большего порядка. В моем случае оболочечные элементы 2D окружены линейными элементами 1D. Зачем вообще так делается? Участвуют ли элементы меньшего порядка в анализе? Когда я считал модель в Calculix я линейные элементы удалял из сетки. Правильно так делать? В code_aster мой расчет останавливается скорее всего тоже из-за того что в сетке присутствуют линейные элементы, а я их не определил в командном файле. Но как их определять? Ведь это же не балки, а края оболочек?

это проблема gmsh при экспорте в inp файл, что он вместо групп передает все до кучи как элементы. есть кстати конвертер из inp gmsh в inp calculix который решает эту проблему частично
можете почитать тут http://dip28p.web.fc2.com/calculix/g...ert/index.html
и далее по ссылке для оболочек
http://dip28p.web.fc2.com/calculix/g...vert/shell.htm

PS
некоторые ссылки по code-aster (англоязычная замена Eficas для строительных задач на статику - аттачу тут - надо установить java OpenJDK и если в линукс - то разрешить запуск как программы)
http://engineering.moonish.biz/tag/code-aster/
http://engineering.moonish.biz/efficient/

[Dmitry88]

Сообщение от ETCartman Если вам интересно (и даже если не интересно именно вам) - я хочу сделать несколько примеров для анализа сварных швов объемными элементами и сопоставить их с нормами (американскими, советскими и т.д.) в том смысле - как делать такие расчеты и как корректно анализировать результаты. Возвращаясь к швам - в некоторых программах процесс задания модели таким образом значительно ускорен. В солидворксе швы - обычно задаются двумя способами - как аннотация (то есть условно - для последующего черчения) и как фактические физические тела. Но при переходе в Solidworks Simulation это автоматом не учитывается - тела просто склеиваются плашмя.

Это я просто поинтересовался про моделирование сварных швов.) Первоначально для эксперимента я тоже моделировал ферму объемными элементами без швов, получилось то же самое, как и у вас в примере. Потом уже смоделировал конструкцию со сварными швами, как в реальности. Далее сравнивал с ручным расчетом фермы, все практически сходится. Преимущества 3D модели в том, что её можно оптимизировать по напряжениям, устойчивости, сечениям, и еще много что сделать.

----- добавлено через ~5 мин. -----
SolidWorks и Solidworks Simulation я никогда не пользовался, и не знаю. Других мощных пакетов хватает с избытком для полета фантазий.)) Но то, что вы написали про Solidworks Simulation я знаком с этим, применяю на практике.

[Meknotek]

Сообщение от ETCartman Если вам интересно (и даже если не интересно именно вам) - я хочу сделать несколько примеров для анализа сварных швов объемными элементами и сопоставить их с нормами (американскими, советскими и т.д.) в том смысле - как делать такие расчеты и как корректно анализировать результаты.

Я думаю, это будет интересно многим! Именно так как Вы описали - как перейти от расчета швов объемниками к нормам, особенно если будет хотя бы простейшее сравнение двух вариантов (например, те же американские и советские нормы)

[Dmitry88]

ETCartman, вот пример.

[Dmitry88]

Вот объемниками.

[Askemann]

Сообщение от ETCartman я посмотрел ваш расчет в CalculiX

Спасибо вам большое, что смотрите и отвечаете.

Сообщение от ETCartman просто воспользоваться визардом Salome -meca

Визард к сожалению оболочечные модели как 3D объекты не считает.

Efficient пробовал, но Eficas мне все-таки больше понравился.

Пробовал посчитать балку на изгиб.
Аналитическое решение дает значение прогиба 2,7 мм, а напряжений 135,5 МПа.
Расчет в Calculix выдал прогиб 3,3 мм, а напряжение 133,4 Мпа
(Оба расчета выкладываю, если кому будет интересно).

А вот расчет в Code_Aster не заладился. Может одним глазком посмотрите?

[ETCartman]

Сообщение от Dmitry88 Вот объемниками.

Объемники имеют такое свойство, что чем мельче сетка, тем больше напряжения в локальных зонах. Причем в некоторых точках (называемых особыми точками или сингулярностями) при измельчении сетки напряжения стремятся к бесконечности (как в линейной так и в нелинейной постановках). Это не ошибка - потому что такой же результат наблюдается если сравнивать с точным решением теории упругости (можете почитать про коэффициенты интернсивности напряжений, J-интегралы, хотя сингулярности не обязательно возникают в вершинах трещин)
Вообще вопреки распространенному мнению, разрушают не столько сами напряжения, а напряжения осредненные на некоторой области. Поэтому максимальные значения как правило не интересны (хотя это зависит от конкретной задачи), интересна картина НДС в целом.
То что считается по СНиП или американским нормам - это осредненные напряжения, они всегда имеют конечную величину.
Что то вроде балочного N/A+M/W (в балочных элементах сингулярности не возможны и при конечной нагрузке всегда будет конечный результат.
Вообще различают примерно 3 уровня осреднения:
1) фибровые напряжения - как раз что то M/W, иногда с компонентой стесненного кручения. Такими величинами оперирует СНиП и ему подобные нормы (скажем, никто не считает умножая напряжения на 3 в зоне отверстия - хотя это концентратор довольно известный).
2) "крупные" концентраторы - вроде отверстий, скруглений и т.д. Такими напряжениями оперируют иногда машиностроители (например когда считают напряжения в вершине зуба шестерни для передач) - там допуски (предельные величины) несколько повыше, и сами напряжения как правило большие
3) дефекты - в том числе сварных швов (поры, подрезы, непровары). Там напряжения вообще нет смысла считать - поэтому принимается что они бесконечны. В этом случае оперируют механикой разрушения и связанными с ней величинами. Дефекты кстати есть везде и всегда, нормы на изготовление МК только ограничивают их размер и количество.
Для стоительных задач речь идет как правило о небольшом числе циклов нагружения и на усталость считают только некоторые отдельные виды конструкций. Сам расчет на усталость если вы посмотрите СНиП Стальные конструкции (или американский AISC Manual) довольно приближенный и оперирует фибровыми напряжениями + типами концентраторов (в снип от 1 до 8). То есть локальные напряжения, которые могли бы быть посчитаны с объемными элементами там особенно и не нужны.
Все это в известной мере делает задачу сопоставления с нормами не такой однозначной (нельзя просто так посчитать напряжения и сравнить с расчетным споротивлением)
На практике я думаю что сетка в зоне шва должна быть достаточно мелкой (скажем по минимуму 4 квадратичных элемента на длину катета шва) чтобы поймать где то уровень 2 (см. выше). Вообще к сожалению притом что сами программы такого рода существуют давно, нормативные документы их как бы особо не замечают - что вполне объяснимо, потому что простого решения нет и все зависит от вида нагружения, типа конструкции и т.д.

Других мощных пакетов хватает с избытком для полета фантазий.))

согласен - программ очень много. очень интересная штука NX Nastran (с соотв. кадами от сименс)
думаю десяток наберется.
У меня например есть старая лимитированная версия Ansys и более новая Solidworks Simulation (тоже лимитированная). Я не использую нелицензионное программное обеспечение (не то что осуждаю - просто не хочу), а программы стоят недешево. А открытые то же самое - но бесплатно. С единственным минусом что они более сложны для обучения. Но зато обучение не такого рода, какие кнопочки нажимать, а более универсальное (так что потом любой коммерческой программой овладеть гораздо проще)

Хотел бы покопаться с Code-Aster на выходных, оболочки там никогда не решал.

[get_up]

Сообщение от ETCartman Объемники имеют такое свойство, что чем мельче сетка, тем больше напряжения в локальных зонах

Здравствуйте. А локальные зоны это например какие? Зоны приложения нагрузки, зоны заделки? Оверстия? Углы? И как их анализировать, если напряжения там будут очень большие? Как осреднять?

[ETCartman]

Сообщение от get_up Здравствуйте. А локальные зоны это например какие? Зоны приложения нагрузки, зоны заделки? Оверстия? Углы? И как их анализировать, если напряжения там будут очень большие? Как осреднять?

вот например у вас двутавровая стальная балка, работающая на изгиб. Напряжение в поясе 160 МПа (сравнительно небольшое) - практически одноосное НДС, сжатие и растяжение в верхнем и нижнем соответственно. Расчетное сопротивление по пределу текучести 240 МПА.
вы сверлите дырку. Например в нижнем поясе. Напряжение у вас будет с учетом коэффициента концентрации 160*3=480 МПа. Ну практически у вас конечно будет не 480, а чуть больше 240 - в локальной зоне вокруг отверстия. В таких задачах уже как правило оперируют не напряжениями а эквивалентными пластическими деформациями (безразмерными величинами).
Либо (в некоторых нормах) - условными напряжениями, которые принимают равными деформация*модуль Юнга (такие условные напряжения могут быть значительно больше предела текучести и даже больше предела прочности).

Чтобы найти деформации вы можете посчитать с физнелинейностью (кстати в CalculiX например), либо даже не надо считать что то, а можете воспользоваться оценочными методиками, которые на основе упругого решения позволяют оценить степень развития пластических деформаций.
Например есть метод Нейбера (который дает консервативную оценку).
деформация=(предел_текучести/Е)*(условное_напряжение/предел_текучести)^(2/(1+m))
где Е- модуль Юнга, m=0.15 для малоуглеродистой стали.
Для примера выше будет деформация =(240/200000)*(160*3/240)^(2/(1+0.15))=0.004
Условное напряжение = 0.004*200000=800 МПа.
Или есть самый простой метод (одна из гипотез, наименее консервативная), по которому получается что условное напряжение равно вычисленному в упругой постановке. Для примера выше это будет как раз сигма_условное=480 МПа.

По заданной величине деформации (или условного напряжения) производится расчет на усталость.
Для примера выше речь идет не об остром концентраторе и скорее всего количество циклов до трещины будет до полумиллиона (если брать без коэффициента запаса). да еще после того как трещина возникнет - какое то количество циклов до того как она будет представлять опасность

Практически если у вас в конструкции присутствует сварка (и соответственно концентраторы) - то отверстие будет не критичным по сравнению с ней. Поэтому конструкции которые работают в тяжелом циклическом режиме проектируют как правило на вп болтах а не на сварке
Для большинства строительных конструкций (постоянная нагрузка, люди-материалы, ветер-сейсмика) это не актуально вообще, допускаются значительные пластические деформации по сечению.

[Askemann]

Сообщение от ETCartman Напряжение в поясе 160 МПа

Раз уж речь зашла об этом, то имеется ввиду максимум в элементе без учета локальных зон, где напряжения резко возрастают?

[ETCartman]

Сообщение от Askemann Раз уж речь зашла об этом, то имеется ввиду максимум в элементе без учета локальных зон, где напряжения резко возрастают?

нет - это я имел в виду под 160 МПа "строительный уровень" осреднения напряжений (номер 1 по этой классификации) - то есть M/W
напряжения в том месте где дырка, им. в виду
На самом деле оценкой напряжений дело не ограничивается - есть еще общая и местная устойчивость и много чего. В вашем случае с гидрозатвором это скорее легкий или средний циклический режим - там локальные напряжения не так актуальны. Хотя надо смотреть конечно, как часто уровнь воды меняется и насколько. можете почитать про линейную теорию суммирования циклов. у меня в принципе есть собственная коллекция трещин за практику обследования. иногда и чаще всего они появлялись в связи с причинами мало связанными с расчетными делами.
вообще к сожалению есть некий вакуум в нормативной и учебной литературе по всем этим поводам. а компьютерная литература в основном пишет как кнопочки нажимать

PS
Разбираюсь с code-aster
не с вашей задачей а с более простой - прямоугольной пластинкой на изгиб. В визарде есть плоское НДС, осесимметричное, твердые тела - а оболочек нет к сожалению
в вашей если расчет прошел а результат нулевой - следовательно нагрузки не приложились скорее всего просто.
code-aster это по сути язык программирования, расширение к python.
очень похоже на apdl, как если ansys изучать в batch режиме. только в ansys - программирование простое, на основе православного фортрана.
а python - это богомерзкое ООП, то есть много сложностей из ничего.
конечно если во всем этом разобраться - то работать даже удобней чем в обычных программах, быстрее модель создавать и BC задавать - не надо в окошки указателем мышки тыкать постоянно и вводить в окна одно и то же. кстати, если дописать на пайтон процедуры армирования по СНиП - до все скады можно практически выбросить на хрен.
там кстати в code-aster богатая колекция по жбк и всяким грунтам. все это для проектирования АЭС, рай таки для железобетонщиков. Но пацаны об этом не знают