_

Siła skupiona vs Skoncentrowana Masa

Forum o CAE.

Siła skupiona vs Skoncentrowana Masa

Postprzez vctr1 » sty 30, 2018 20:56

Witam

Chciałem zapytać się odnośnie kwestii teoretycznej, która od jakiegoś czasu nie daje mi spokoju.
Ostatnimi czasy ogarniam program Nastran In-CAD w Inventorze. Mamy tam kilka rodzajów sił, m.in. siła skupiona, czyli najbardziej pospolita ze wszystkich sił jakie mamy do dyspozycji w MESie nazwana po prostu Force. Jest też ciekawy rodzaj typowego obiektu FEA jakim jest skoncentrowana masa (Concentrated Mass), czyli po prostu wirtualny, sztywny obiekt, które może służyć jakie ciężar zewnętrzny w naszej analizie. W Ansysie i innych programach tego typu obiekty noszą nazwę bodaj Point Mass.

Chciałem sprawdzić jak ma się obciążenie siłą skupioną (981 N) do obciążenia skoncentrowaną masą (100 kg + grawitacja = 9,81 m/s^2) prostej płyty 2D (Shell, prostokąt). Gdy była ona utwierdzona na jednym końcu (wszystkie stopnie swobody odebrane), a na drugim obciążona najpierw siłą skupioną, a potem skoncentrowaną masą to wyniki były praktycznie identyczne. Z tym się zgadzam.

Gdy jednak utwierdziłem płytę po obu stronach, a na środku przyłożyłem siłę skupioną, a potem skoncentrowaną masę, to wyniki przestały być dla mnie logiczne. W przypadku siły skupionej naprężenia wyniosły ok. 30 MPa, natomiast siła skupiona wywołała maksymalnie 0,5 MPa. Nie mam pojęcia skąd taka rozbieżność skoro z fizycznego punktu widzenia jest to to samo (a w każdym razie powinno być).

Próbowałem też na innych modelach, trochę bardziej rzeczywistych np. zagięta płyta jako podstawa dla maszyny roboczej przytwierdzona do podłoża i tutaj także była widoczna rozbieżność. Nie rozumiem skąd się ona bierze dlatego proszę o pomoc z wyjaśnieniem tego zjawiska. Prawdopodobnie to ja nie ogarniam jakiejś podstawowej kwestii i będę wdzięczny za przybliżenie mi jej.
vctr1
 
Posty: 21
Dołączył(a): sty 28, 2018 00:41

Re: Siła skupiona vs Skoncentrowana Masa

Postprzez NewJoker » sty 30, 2018 23:29

A jak dokładnie przyłożyłeś ten warunek Concentrated Mass do płyty ? On, w przeciwieństwie do zwykłej siły, służy przykładaniu obciążenia poza modelem. Także nie wiem czy można tak łatwo porównywać te 2 rodzaje obciążeń.
NewJoker
 
Posty: 539
Dołączył(a): kwi 08, 2015 22:33

Re: Siła skupiona vs Skoncentrowana Masa

Postprzez vctr1 » sty 31, 2018 15:17

Przykładałem go na różne sposoby.
1. Rigid Body connector (RBE2) na powierzchnię płyty (element zależny) a punkt środkowy tej płyty jako niezależny punkt kontrolujący - w tym samym punkcie przyłożyłem Concentrated Mass. Program wyrzucił błąd podczas obliczeń co raczej nie jest zaskakujące.
2. Podzieliłem płytę poprzecznie na dwie równe części by mieć dostęp do krawędzi środkowej. Ponownie RBE2, tym razem zależnym elementem linia środkowa, punktem kontrolującym punkt środkowy linii i do niego przyłożona Concentrated Mass. Efekt 0,5 MPa.

Przykładałem też masę bez użycia RBE2 na środku bez użycia RBE2 i wyniki były takie same bez niego czyli 0,5 MPa. Coś musi być w tym co napisałeś czyli że masa przykładana jest do modelu. Z tym że nie wiem w którym dokładnie miejscu i pytanie po co w takim razie w oknie dialogowym program pyta się o wybranie vertexa dla tej masy (w Nastranie In-CAD przy definiowaniu Concentrated Mass odnośnie geometrii wskazujemy jedynie vertex, w którym potem pokazuje się ikona skoncentrowanej masy na modelu).
vctr1
 
Posty: 21
Dołączył(a): sty 28, 2018 00:41

Re: Siła skupiona vs Skoncentrowana Masa

Postprzez NewJoker » sty 31, 2018 16:01

Nie mam niestety Nastran In-CAD, bo dysponuję tylko studencką wersją Inventora, ale myślę, że właśnie twórcy przewidzieli to Concentrated Mass do zadawania obciążenia poza modelem i jak się próbuje różnych obejść (tak jak piszesz, trzeba trochę pokombinować) żeby nałożyć ten warunek na powierzchnię modelu to wychodzą złe wyniki. Także ja bym uznał, że do modelu przykładamy siłę skupioną i nie zastępujemy jej skoncentrowaną masą, bo autorzy przewidują stosowanie tego w innych sytuacjach.
NewJoker
 
Posty: 539
Dołączył(a): kwi 08, 2015 22:33

Re: Siła skupiona vs Skoncentrowana Masa

Postprzez cordem » sty 31, 2018 18:48

Może być też tak że "punkt masowy" jest połączony w narożach płyty. Nie masz możliwości podglądu jak jest połączony ten element z modelem? Może jakiś zrzut? Programy MES mają różne metody modelowania masy i łączenia jej z geometrią lub elementami.
Obliczenia i analizy wytrzymałości
i mechaniki konstrukcji
www.cordem.pl
cordem
 
Posty: 127
Dołączył(a): paź 11, 2017 17:37

Re: Siła skupiona vs Skoncentrowana Masa

Postprzez NewJoker » sty 31, 2018 19:46

cordem napisał(a):Nie masz możliwości podglądu jak jest połączony ten element z modelem? Może jakiś zrzut?


Właśnie w tym Nastran In-CAD z tego co widziałem na filmikach (jak wspomniałem, ja mam Inventora studenckiego bez tego modułu) widać jak to jest połączone. Są takie różowe czy tam fioletowe linie łączące wirtualny obiekt z geometrią modelu.
NewJoker
 
Posty: 539
Dołączył(a): kwi 08, 2015 22:33

Re: Siła skupiona vs Skoncentrowana Masa

Postprzez vctr1 » sty 31, 2018 21:36

Przepraszam że piszę bez pokazywania obrazków ale ostatnio mam spore problemy techniczne + brak dostępu do komputera z Nastranem. Spróbuję przedstawić sposób w jaki Nastran In-CAD modeluje skoncentrowaną masę na podstawie dostępnych źródeł.

Symbol skoncentrowanej masy na modelu 3D to sześcian z domyślnie białymi i zielonymi kwadratami na ściankach:
https://i.imgur.com/vFy1PVR.png

obrazek wzięty z tego tutoriala (fragment od 06:00):
https://www.youtube.com/watch?v=LojI_mf_YXM&t=360s

Jak widać można ją w Nastranie przykładać bezpośrednio na elementy geometrii bez użycia RBE2. Tak to w każdym razie wygląda w trybie Manual (Type: Manual widocznym po lewej na powyższym screenie), domyślnym dla tego typu elementów. Gdy przełączymy się na Automatic to możemy wybrać jedynie części (pliki .ipt - jeśli oczywiście mamy ich więcej niż 1 w danej analizie) do których masa ma się odnosić.

Z kolei te kolorowe linie to właśnie RBE2 lub RBE3 czyli Rigid Body Connector. RBE2 - całkowicie sztywny element, w którym elementy zależne, które samy wybieramy poruszają się tak samo jak element niezależny, będący wybranym przez nas punktem lub wygenerowanym automatyczne na środku wybranych przez elementów zależnych. Innymi słowy odległość między tymi dwoma elementami geometrii nie zmienia się podczas analizy. RBE3 z kolei działa podobnie z tym że tym razem to przesunięcie punktu referencyjnego jest zależne od przesunięć elementów do których jest podłączony (liczone jest to przesunięcie jako średnia). Przykłady z Nastrana In-CAD:
https://i.imgur.com/gEJx7rE.jpg
https://i.imgur.com/xipwbXX.jpg

I trochę ciekawsze zastosowanie wszystkich tych elementów (RBE + masa skoncentrowana. RBE nazywany jest też inaczej spider web connection), tym razem FEMAP:
Przed: https://i.imgur.com/3kAQzgN.png
Po: https://i.imgur.com/iwxtCZz.png

Teraz to już w sumie sam nie wiem do czego ta skoncentrowana masa może się przydać w Nastranie skoro poprawne wyniki w analizie statycznej uzyskamy używając siły skupionej. Może w analizie modalnej, w której jak wiadomo siły zewnętrzne nie biorą udziału jako element zwiększający sztywność i masę konstrukcji?
vctr1
 
Posty: 21
Dołączył(a): sty 28, 2018 00:41

Re: Siła skupiona vs Skoncentrowana Masa

Postprzez NewJoker » lut 01, 2018 13:10

Dobry pomysł z tą analizą modalną. Ale oprócz tego może się przydać w zastosowaniu z tym rigid connectorem w zwykłej analizie statycznej. Natomiast analizując obciążenie przyłożone bezpośrednio do modelu lepiej użyć przeznaczonej do tego siły skupionej. Może to głupie, ale mam taką teorię, że jak się przyłoży Concentrated Mass do powierzchni modelu to program nie traktuje tego jak obciążenia, bo to tylko sama masa bez grawitacji. Czyli jakby tylko zwiększasz masę modelu w tym punkcie a jak wiadomo w statyce to nic nie daje bez wpływu grawitacji. Co innego analizy modalne i dynamiczne.

Ja bym na Twoim miejscu spytał jeszcze na forum Autodesku. Tam siedzą pracownicy firmy i może w ten sposób dowiesz się co autorzy mieli na myśli ;-)
NewJoker
 
Posty: 539
Dołączył(a): kwi 08, 2015 22:33

Re: Siła skupiona vs Skoncentrowana Masa

Postprzez cashan » lut 01, 2018 19:01

vctr1 napisał(a):Przepraszam że piszę bez pokazywania obrazków ale ostatnio mam spore problemy techniczne + brak dostępu do komputera z Nastranem. Spróbuję przedstawić sposób w jaki Nastran In-CAD modeluje skoncentrowaną masę na podstawie dostępnych źródeł.


Hi.
Kiepsko coś powiedzieć - zwłaszcza jak się nie ma podglądu na konkretny model (siatka + siły).
Tak na opis to wygląda tak, ze zbudowałeś model z RBE w którym masa jest doczepiona "na sztywno" do krawędzi płyty - nic dziwnego zatem że nie wpływa na samą płytę - może się mylę - ale aby powiedzieć coś na pewno trzeba by twój model zobaczyć.

W modelu bez RBE może zachodzić możliwość taka, że masz tak ukształtowane elementy, że model został wyidealizowany tak, że siły o do masy też zostały przesunięte ku krawędziom (tak robi np. GENIE z pakietu SESAM).

Do czego przydaje się masa zamiast sił skupionych ?
Wyobraź sobie że masz model obciążany wyłącznie polami przyspieszeń (np. jako wynik analizy ruchu platformy wiertniczej w sztormie). Przeliczenie tego dla każdego urządzenia w modelu i przebudowa sił - to makabryczne zadanie (zwłaszcza ze stanów może być kilkaset - zależnie od kierunku i długości fali...). Budujesz wówczas model symulując masy jako mass-pointy, uruchamiasz solver i masz z głowy... Przeliczenie tego ręcznie na siły to makabra
cashan
 
Posty: 238
Dołączył(a): gru 02, 2005 13:02

Re: Siła skupiona vs Skoncentrowana Masa

Postprzez vctr1 » lut 01, 2018 22:29

Dziękuję bardzo za pomoc wszystkim osobom udzielającym się w tym temacie. Spróbuję jutro dorwać się do jakiegoś Nastrana i zrobić screeny z moimi próbami żeby uzupełnić temat.

NewJoker, co do Twojego sugestii odnośnie grawitacji to zgadzam się, z tym że w moich próbach, gdzie Concentrated Mass stanowił jedyne obciążenie modelu dodawałem zawsze siłę grawitacji (Gravity) równą 9,81 m/s^2 żeby zapewnić przeniesienie tej masy na model. Inaczej analiza (Linear Static) w ogóle by nie ruszyła bo programowi brakowałoby obciążenia zewnętrznego. Więc w tej kwestii problem zapewne leży gdzie indziej.
vctr1
 
Posty: 21
Dołączył(a): sty 28, 2018 00:41

Następna strona

Powrót do CAE

Kto przegląda forum

Użytkownicy przeglądający ten dział: Brak zidentyfikowanych użytkowników