[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.

[ETCartman]

Сообщение от get_up Здравствуйте, помогите проанализировать результаты расчеты конструкции. На консольные уголки ставятся такие же уголки длинной 6 м. Если я правильно понимаю, выделенные области (на 2 и 3 картинках) это не концентраторы, и мы не можем закрывать на них глаза. Файл расчета прилагаю.

Это не важно концентраторы или нет. Если у вас конструкция работает на статическую нагрузку или количество циклов предполагается в районе тысяч (а не десятков -сотен тысяч), грубо говоря если у вас непосредственно по вашей конструкции кран тяжелого режима работы не ездит туда сюда круглосуточно, то вас максимальные напряжения не волнуют. Просто командой max поставьте уровень чуть ниже предела текучести и посмотрите как глубоко пластические деформации распространяются по сечению в ширь и глубь. можете в том же calculix задать нелинейный материал и оценивать непосредственно пластические деформации
Локализованные максимальные напряжения тут малоинтересны. В принципе такие же положения установлены отчасти даже для сосудов давления. Можете посмотреть ветку

[get_up]

Сообщение от ETCartman Просто командой max поставьте уровень чуть ниже предела текучести и посмотрите как глубоко пластические деформации распространяются по сечению в ширь и глубь

Спасибо за ответ. Вот что получилось после команды max 230. Зоны очень большие. А есть какие-нибудь рекомендации по поводу оценки размера, глубины, проникновения пластики по сечению - что опасно а что нет? Конечно если пластические деформации распространятся по всему сечению, образуется пластический шарнир и деталь разделится на несколько частей. Так как оценить большая область с пластикой или нет? обращать на нее внимания или нет?

[ETCartman]

Сообщение от get_up Спасибо за ответ. Вот что получилось после команды max 230. Зоны очень большие. А есть какие-нибудь рекомендации по поводу оценки размера, глубины, проникновения пластики по сечению - что опасно а что нет? Конечно если пластические деформации распространятся по всему сечению, образуется пластический шарнир и деталь разделится на несколько частей. Так как оценить большая область с пластикой или нет? обращать на нее внимания или нет?

Есть конкретные оценки (в том числе в советских нормах) какая по величине пластическая деформация допускается, а какая нет. И приведены они в нескольких источниках, навскидку припомню "Пособие по проектированию усиления к СНиП "Стальные конструкции". В принципе эти же величины положены в основу вывода расчетных формул для расчета с учетом ограниченного развития пластических деформаций.
Но проблема в том, что данные оценки приведены для "балочных" или "фибровых напряжений" - то есть посчитанных по балочной теории, по формулам типа M/W+N/A. А не для локальных напряжений, которые вы ловите при расчете объемными элементами.
Тут надо заметить что в 100% конструкций (даже посчитанные без допущения развития пластических деформаций) все таки имеют локальные пластические зоны - во многих притом местах (прежде всего в концентраторах напряжений), резьба болтов и прочие такие места.
В общем при расчете объемными элементами сложно применять конкретные численные оценки допустимых пластических деформаций. Для машиностроительных конструкций, которые работают много циклов - все концентраторы стараются рассчитывать и учитывать. Причем никакой сварки как правило (это потенциальный источник дефектов) - только литье и болты, предварительно натянутые (что сильно увеличивает ресурс и самих болтов и создает сжимающие напряжения вокруг отверстий - концентраторов, сжатие как известно не опасно с точки зрения усталости.
Варианта на самом деле 2.
1) задать нелинейный материал (в том числе в CalculiX довольно просто) и считать пока оно не погнется (вы будете видеть этот момент на графике нагрузка-перемещение, график просто завернется параллельно оси абсцисс - то есть деформации прирастают почти без увеличения нагрузки). Затем к полученной несущей способности применить некоторый коэффициент запаса, чтобы фактического погнутия не произошло. Запас зависит от практической задачи - для строительных конструкций в американских стальных нормах применяют коэффициент 0,9 (AISC LRFD спецификация)
Минус такого подхода - нелинейный расчет очень долго делать, как правило много итераций, ждать долго.
2) как вы сделали - просто оценить размер мест, в которых напряжения превышают расчетное сопротивление по пределу текучести. Такой вариант конечно не совсем строгий, потому что при учете нелинейности происходит перераспределение усилий, для сильно статически неопределимых конструкций особенно. В общем пластические зоны могут сместиться и так далее - на основе линейного расчета предсказать результаты нелинейного можно в общем случае только приближенно. На картинке которую вы выложили очевидно все плохо. Я бы сказал для пластинчатых элементов - не более четверти вглубь по толщине (по 1/8 с каждой стороны в случае простого изгиба). Для двутавров и швеллеров работающих в общем случае на изгиб со стесненным кручением - скажем 1/4 от ширины полки по ширине и половина полки по толщине - для статически работающих конструкций. Отношение момента линейного к моменту пластическому у двутавров как правило небольшое - типа 1,15-1,20, то есть пластичность развивается очень быстро. Посчитайте сами разные примеры так и эдак и увидите как "условные упругие" напряжения соотносятся с зоной пластических деформаций.

В вашем расчете откройте файл mat.inp
и скопируйте в текстовом редакторе карту *PLASTIC и все что ниже под картой *ELASTIC (ввод дан для мегапаскалей для стали Ст3, это по сути график сигма-эпсилон в истинных напряжениях и деформациях)

*ELASTIC 200000,0.30 *PLASTIC,HARDENING=ISOTROPIC 199,0.00000,273.0 211,0.00058,273.0 223,0.00145,273.0 235,0.00270,273.0 247,0.00448,273.0 259,0.00697,273.0 271,0.01040,273.0 283,0.01504,273.0 295,0.02126,273.0 307,0.02949,273.0 319,0.04025,273.0 331,0.05419,273.0 343,0.07208,273.0 355,0.09484,273.0 367,0.12355,273.0 380,0.15949,273.0 392,0.20418,273.0 404,0.25935,273.0 416,0.32706,273.0 428,0.40965,273.0 440,0.50983,273.0

потом откройте _main.inp в SciTE (если установлена эта версия CalculiX) и запустите на счет снова, уже с пластикой

PS Если вы модуль Юнга задаете в мегапаскалях, то сетка у вас должна быть масштабирована в метры (проверьте командой qdis расстояние между узлами) а нагрузки тоже должны быть приложены в соотв. единицах. Силы в меганьютонах, а давление в МПА. Результат будет - напряжения в МПа а перемещения в метрах.
Судя по тому что вы выложили выше у вас модель в миллиметрах (расстояние между колоннами порядка 6000), не масштабирована, поэтому все результаты могут быть ошибочны из-за некорректных единиц. И напряжения не 230 а какие то другие в качестве предела текучести для стали. В CalculiX конкретных единиц нет - это классическая программа, Типа классического ansys
- что зададите в исходных данных, То и получите на выходе. Точно также как если вы пытаетесь посчитать по абстрактной формуле типа sigma=M/W

[get_up]

Спасибо, попробую.

Сообщение от ETCartman Я бы сказал для пластинчатых элементов - не более четверти вглубь по толщине (по 1/8 с каждой стороны в случае простого изгиба). Для двутавров и швеллеров работающих в общем случае на изгиб со стесненным кручением - скажем 1/4 от ширины полки поширине и половина полки по толщине - для статически работающих конструкций.

Это вы имеете ввиду размеры пластических деформаций которые не влияют на прочность конструкции (при статических нагрузках)? для пластинчатых по толщине элемента, а по длине элемента от грани стыка например?
А где на график и эти значения можно посмотреть (книги, нормы) ?

[ETCartman]

понятие прочность включает в себя много разных (на физическом и расчетном уровнях) явлений.
1) прочность при однократном нагружении или при преимущественно статической нагрузке
2) прочность при циклическом нагружении (малоцикловая и многоцикловая усталость)
3) прочность при низких температурах
4) прочность и живучесть после образования трещины
5) устойчивость - местная и общая, линейная и нелинейная.
все книги и все нормы посвящены в разной степени этим случаям
В данном случае ведется речь об НДС которое косвенно связано со всеми случаями. Конкретно - случай 1 в основном - строительные конструкции работающие на изгиб.
Размеры пластической зоны в данном случае ограничиваются только несущей способностью, которая устанавливается нелинейным расчетом. Во многих случаях посчитать несущую способность можно на бумажке по формулам (метод предельного равновесия). Так весь железобетон к примеру считается в основном. Конкретных рекомендаций норм "как оценивать размеры пластической зоны на основе линейного расчета в объемной постановке" - нет. Потому что расчет в объемной постановке появился сравнительно недавно.
Тут можете по опыту на основе рассмотрения множества примеров сами пытаться оценивать все это.

[get_up]

А конкретно можете ткнуть от куда эти числа?)

----- добавлено через ~7 мин. -----

Сообщение от ETCartman удя по тому что вы выложили выше у вас модель в миллиметрах (расстояние между колоннами порядка 6000), не масштабирована, поэтому все результаты могут быть ошибочны из-за некорректных единиц. И напряжения не 230 а какие то другие в качестве предела текучести для стали. В CalculiX конкретных единиц нет - это классическая программа, Типа классического ansys

Вот тут я запутался. У меня размеры все в мм, нагрузка Н/мм2, модуль Юнга Н/мм2. На выходе получаю соответственно Н/мм2 а это и есть мПа. В чем моя ошибка?

[ETCartman]

Сообщение от get_up А конкретно можете ткнуть от куда эти числа?)

какие числа? с единицами наверно все в порядке у вас - я просто не смотрел инпут файл внимательно

[get_up]

Сообщение от ETCartman *PLASTIC,HARDENING=ISOTROPIC 199,0.00000,273.0 211,0.00058,273.0 223,0.00145,273.0 235,0.00270,273.0 247,0.00448,273.0 259,0.00697,273.0 271,0.01040,273.0 283,0.01504,273.0 295,0.02126,273.0 307,0.02949,273.0 319,0.04025,273.0 331,0.05419,273.0 343,0.07208,273.0 355,0.09484,273.0 367,0.12355,273.0 380,0.15949,273.0 392,0.20418,273.0 404,0.25935,273.0 416,0.32706,273.0 428,0.40965,273.0 440,0.50983,273.0

Вот эти числа)

[ETCartman]

Сообщение от get_up Вот эти числа)

стандартная диаграмма деформирования стали с пределом текучести 230 и прочностью на разрыв 350 (в истинных напряжениях и деформациях)
Тут в dnl выкладывали методики расчета, есть в машиностроительной энциклопедии и справочниках
273 это температура в кельвинах (для случая когда тепловой расчет выполняется совместно с прочностным и диаграмма зависит от температуры) В вашем случае это не играет роли.

[get_up]

Здравствуйте, задал пластический материал , как было сказано выше, в конце расчета выдал ошибку.
*ERROR: too many cutbacks
best solution and residuals are in the frd file
Что это?

[ETCartman]

Сообщение от get_up Здравствуйте, задал пластический материал , как было сказано выше, в конце расчета выдал ошибку. *ERROR: too many cutbacks best solution and residuals are in the frd file Что это?

Такое сообщение указывает на расходимость (когда пластические деформации развиваются по самые нехочу)
запустите frd файл и там смотрите результаты по тем шагам которые сохранились. Например если последнее сохраненное TIME равно 0,89
то предельная нагрузка (коль она была причиной расходимости) будет как раз составлять данную величину от заданной изначально (предполагается пропорциональное увеличение всех нагрузок если вы не использовали карту *AMPLITUDE с каким то иным законом нагружения или разгрузки в процессе счета)

[get_up]

Что то не могу разобраться, где это. Ткните пожалуйста. (см. вложение)

[ETCartman]

что у меня получилось - довольно далеко от предела. досчитало до time=1

[Askemann]

Подскажите, а модальные массы Calculix считает?
И как понять фразу:

Минимальное число форм собственных колебаний, учитываемых в расчете, рекомендуется назначать так, чтобы сумма эффективных модальных масс, учтенных в расчете, составляла не менее 90% общей массы системы

[ETCartman]

Сообщение от Askemann Подскажите, а модальные массы Calculix считает? И как понять фразу:

Фраза относится к расчетам по инженерным нормам - комбинирование результатов модального анализа с разными коэффициентами (непосредственно отношения к МКЭ и модальному анализу не имеет)
вот нашел пример с сильной нелинейностью - осесимметричная задача растяжения цилиндрического образца с образованием шейки. В верификационных тестах для Calculix есть пример с гибкой детали из плоской заготовки с глубокой деформацией.
В CalculiX надо задавать параметры приращения шагов вручную (вторая строка после *STATIC)

[Askemann]

Советую посмотреть канал на Ютьюбе calculix09
Там в последнее время появилось несколько новых уроков.

ETCartman
Хочу вашего мнения. Модель, которую я давал выше, я делал оболочками. Мне это было удобно, поскольку, я могу подставить любое значение толщин (например, учесть коррозионный износ). Но из того, что я видел, чертят в основном солидами. Делать модель солидами лучше?

[ETCartman]

Сообщение от Askemann Мне это было удобно, поскольку, я могу подставить любое значение толщин (например, учесть коррозионный износ). Но из того, что я видел, чертят в основном солидами. Делать модель солидами лучше?

да коррозионный износ вообще можно пересчитать и учесть какими нибудь коэффициентами (так делают для балок - оно описано в Пособии к стальным), если вы какие то специальные вещи не моделируете типа трещин. В принципе назначение таких расчетов для обычных конструкций - посмотреть уровень напряжений (фибровых или локальных), коррозионный износ там один из многих факторов
солидами можно делать оболочки в принципе (с поправкой на форму элемента). Я лично ничего не считаю оболочками потому что модель всегда в солидах (в солидворксе)
оболочками считают бетон потому что для расчета арматуры нужны внутренние усилия а не напряжения (хотя если знать вид НДС то одно из другого прикидывается)
Конкретно в CalculiX - все виды элементов математически extended из солидов, включая балки. Так что там вы так или иначе считаете солидами, даже если думаете что это не так.
Просто так удобно - написал один элемент на все случаи расчета (тепло, стрессы и тд) и оно практически универсально. Хотя на практике конечно бывает не удобно (например обычные балочные к разбивке не чувствительны, а в калькуликс надо именно что разбить аккуратно)
Что я могу точно сказать - то что тетраэдры в CalculiX идентичны на 100 процентов тетраедрам в Solidworks
Если транслировать модель - результаты сходятся до какого то там знака

[Askemann]

А никто не поделится расчетом с пояснительной запиской, где конструкция посчитана методом конечных элементов и по несущей способности соответствует СП "Стальные конструкции" (или схожих нормативов)?
Больная тема для меня. Как увязать результаты расчетов с действующими в РФ нормами.

[ETCartman]

А нормы как таковые не распространяются на метод конечных элементов. Хотя во всех нормах (во всяком случае в старом стальном снип и пособию к нему) рекомендуется считать методом конечных элементов, да причем с учетом физической нелинейности, нагрузки-разгрузки, и так далее. Ну и что? Это же не предмет национальных норм, а универсальное знание (одинаковое во всех странах, во все времена и при любых режимах, нормах и т.д.) Нет норм на теорему Пифагора например. На решение квадратных уравнений тоже нет ГОСТов. Подразумевается, что человек это изучал, знает, понимает, сам может реализовать даже например (вот тот же calculix - открытая программа, все притом расписано как оно считает - добавляйте код на фортране, перекомпилируйте и будет ваша собственная программа).
Вот у вас есть конструкция, которую нужно посчитать. На нее непременно есть какие то нормы. Если это не новое проектирование - то РД, МР и так далее. Нормы прописывают основные вещи, которые связаны не столько с теорией, сколько со стыком теории и конкретной практики. Расчеты выполнять нормы не запрещают в том числе по МКЭ. С другой стороны и регламентировать такие вещи тоже сложно и можно только формально. Регламентация касается разного рода программ покупных (с закрытым кодом, которые невозможно проверить), иногда учета тех или иных воздействий и факторов. Но все регламентировать нельзя - потому что например назначение граничных условий очень сильно влияет на конечный результат и правил на все случаи жизни для данного действия придумать нельзя (расчитано на разумного, образованного человека в курсе основных понятий и теорий).
Вы представляете как ваша конструкция, в результате чего может разрушиться или потерять эксплуатационные свойства? Если это не что то новое - например уже есть статистика подобных событий. Поскольку это не бозон Хиггса - все механизмы в принципе физически ясны и понятны. Что на что влияет - ясно. Вот исходя из этого и пишите отчет.