Odsłanianie potencjału Midas NFX – Kompleksowe poznanie elementów strukturalnych i analizy

Midas NFX stoi na czele oprogramowania do Analizy Metodą Elementów Skończonych (MES), dostarczając inżynierom i analitykom zestaw elementów do symulowania skomplikowanych zachowań strukturalnych.

W tym artykule zgłębione zostaną kluczowe cechy i zastosowania różnych elementów oferowanych przez midas NFX, począwszy od fundamentalnych komponentów strukturalnych aż po zaawansowane elementy zdolne do obsługi skomplikowanych symulacji.

Wprowadzenie

Analiza Metodą Elementów Skończonych (MES) to narzędzie do symulowania zachowań struktur w różnych warunkach. Oprogramowanie midas NFX wyróżnia się ze względu na zaawansowane funkcje i wszechstronne opcje elementów.

Midas NFX to kompleksowe oprogramowanie do analizy metodą elementów skończonych, które obsługuje szeroki zakres symulacji inżynieryjnych. Wybór odpowiednich elementów jest kluczowy dla uzyskania dokładnych i niezawodnych wyników w analizie MES.

Elementy Strukturalne w Midas NFX

Midas NFX obsługuje podstawowe elementy strukturalne, takie jak pręty, belki i rury. Te elementy 1D są niezbędne do symulowania sił osiowych i deformacji w strukturach.

Przechodząc do wyższych wymiarów, midas NFX oferuje elementy 2D do analizy membran i powłok oraz elementy 3D do modelowania brył stałych. Każdy rodzaj elementu posiada unikalne zastosowania, a użytkownicy mogą definiować właściwości materiałowe, stopnie swobody i układy współrzędnych dla dokładnej reprezentacji.

Element warstwowej powłoki

Jedną z cech midas NFX jest wsparcie dla elementów warstwowej powłoki. Są one szczególnie przydatne do modelowania laminowanych płyt z materiałów kompozytowych. Uwzględniają nieliniowości geometryczne
i umożliwiają użycie materiałów elasto-plastycznych. Naprężenia, odkształcenia
i stan plastyczności mogą być analizowane w różnych punktach integracji, co zapewnia szczegółowe zrozumienie zachowania struktury.

W analizie nieliniowej, elementy warstwowej powłoki w midas NFX oferują szereg wyników, takich jak naprężenie, naprężenie równoważne, stan plastyczności i składowe odkształceń. Możliwość uwzględnienia materiałów elastoplastycznych zwiększa zdolność oprogramowania do symulowania scenariuszy, gdzie zachowanie materiału może odbiegać od założeń liniowych.

Elementy warstwowej bryły stałej i techniki poprawy wydajności

W dziedzinie analizy metodą elementów skończonych, reprezentacja materiałów kompozytowych jest kwestią kluczową. Midas NFX adresuje to potrzebę poprzez elementy warstwowej bryły stałej, oferując alternatywę dla elementów warstwowej powłoki przy analizie grubych struktur.

Elementy warstwowej bryły stałej

Elementy warstwowej bryły stałej w midas NFX są przeznaczone do modelowania materiałów kompozytowych w grubych strukturach, gdzie elementy warstwowej powłoki mogą być niewystarczające. Te elementy mogą mieć 6, 8, 15 lub 20 węzłów i zachowują właściwości materiału kompozytowego. Definicja układów współrzędnych i wybór stopni swobody odzwierciedlają te z elementów bryły stałej, co zapewnia płynny przejście.

Ze względu na warstwową strukturę elementów bryły stałej, midas NFX stosuje analityczną metodę integracji, aby rozwiązać obliczenia związane z wieloma warstwami. Dodatkowo stosuje się zmodyfikowaną postać równań naprężenie-odkształcenie, aby uwzględnić unikalne cechy elementów warstwowej bryły stałej. Modyfikacja ta pomaga utrzymać jednolite rozkład naprężeń w kierunku grubości, co jest istotne dla dokładnej analizy.

Midas NFX stosuje różne techniki do poprawy wydajności elementów warstwowej bryły stałej. Wybór typu elementu zależy od konkretnych wymagań i technik analizy. Oprogramowanie oferuje opcje pełnej integracji, metod hybrydowych i redukowanej integracji, pozwalając użytkownikom dostosować analizę do charakterystyki struktury.

Podobnie jak w przypadku elementów warstwowej powłoki, elementy warstwowej bryły stałej w Midas NFX obsługują nieliniowość geometryczną i materiałową. Wyniki analizy nieliniowej obejmują naprężenia, stan plastyczności i różne składowe odkształceń.

Być może zainteresuje Cię też:

Praktyczne zastosowania oprogramowania CAE w projektach inżynieryjnych

Znaczenie wykorzystania oprogramowania CAE w analizach wytrzymałościowych

Styczność zewnętrznych geometrii, a jej rola w analizie strukturalnej

W analizie strukturalnej, uwzględnienie styczności zewnętrznej geometrii, znanej również jako sztywność geometryczna, dodaje warstwę złożoności w zrozumieniu zachowania struktury pod obciążeniem. Midas NFX integruje styczność zewnętrznej geometrii w analizie dla przypadków linii łamania i analizy nieliniowej geometrycznej.

Styczność zewnętrzna geometrii wynika z zmian w siłach wewnętrznych spowodowanych zmianami w kształcie geometrycznym struktury z siłami wewnętrznymi. W midas NFX różne typy elementów uwzględniają styczność zewnętrznej geometrii, takie jak pręty, belki, rury, membrany, powłoki, bryły o osi symetrii i bryły stałe. Ta sztywność jest kluczowa dla dokładnej analizy ugięcia i nieliniowej analizy geometrycznej.

Obliczanie styczności zewnętrznej geometrii w midas NFX opiera się na zaktualizowanej formule Lagrange’a, zakładając przyjmując współczynnik naprężenia Jaumanna jako obiektywny współczynnik naprężenia. Równanie obejmuje zarówno sztywność materiałową, jak i sztywność geometryczną.

Nawet w obszarze elementów brył sztywnych styczność zewnętrznej geometrii jest obecna. Siły działające na węzły zależne przyczyniają się do powstania sztywności geometrycznej. Obliczenia obejmują transformację przemieszczeń węzłów zależnych na przemieszczenia i rotacje węzłów niezależnych.

Elementy przenoszenia ciepła i ich integracja w Midas NFX

W dziedzinie analizy strukturalnej zrozumienie, jak struktury reagują na wpływy termiczne, jest kluczowe. Midas NFX oferuje kompleksowe rozwiązanie do analizy przenoszenia ciepła, dostarczając wglądu w warunki przejściowe i ustalone. Przeanalizujmy szczegóły elementów przenoszenia ciepła i ich bezproblemowej integracji w oprogramowaniu.

Elementy przenoszenia ciepła w midas NFX zachowują swoją liniowość, ale pozwalają na nieliniowość przy wprowadzeniu zależności od temperatury. Formuła metody elementów skończonych opiera się na równaniach równowagi dla stanu przejściowego i ustalonego. Elementy te uwzględniają zmiany wewnętrznej energii termicznej spowodowane przepływem ciepła, wewnętrznym generowaniem ciepła i ciepłem właściwym.

W odróżnieniu od tradycyjnych analiz strukturalnych, analizy przenoszenia ciepła wymagają zdefiniowania obciążeń termicznych i warunków brzegowych. Jednak modelowanie elementów przenoszenia ciepła jest zbliżone do modelowania elementów strukturalnych, takich jak pręty, belki, powłoki i bryły stałe. Pozwala to na płynne przechodzenie między analizami strukturalnymi a termicznymi w ramach oprogramowania.

Midas NFX dostarcza szczegółowych wyników analizy dla elementów przenoszenia ciepła, skupiając się na składowych strumienia, gradientach termicznych i wartościach wynikowych. Wyniki są generowane w zdefiniowanym układzie współrzędnych odwoławczych, zachowując spójność z analizą elementów strukturalnych.

Błędy naprężeń w Midas NFX

W złożonym świecie analizy metodą elementów skończonych, dokładne rozłożenie naprężeń jest kluczowe. Midas NFX rozpoznaje znaczenie błędów naprężeń przy ocenie odpowiedniości siatki elementów skończonych.

W Midas NFX błędy naprężeń są obliczane przez ocenę rozmiaru i rozmieszczenia elementów. Chociaż trudno jest określić dokładne błędy naprężeń, oprogramowanie przyjmuje pragmatyczne podejście. Naprężenie w węźle jest przyjmowane jako wartość średnia naprężeń obliczonych w sąsiadujących elementach. Naprężenia Von-Mises, obliczane dla elementów stałych, membran, warstwy i powłok, stanowią podstawę do obliczeń błędów naprężeń.

Wartości błędów naprężeń są istotne w adaptacyjnej analizie elementów skończonych. Poprzez określanie elementów wymagających ulepszenia, inżynierowie mogą ulepszyć siatkę, aby uzyskać bardziej precyzyjne prognozy naprężeń. Ten proces iteracyjny przyczynia się do ogólnej niezawodności analiz strukturalnych w Midas NFX.

Wnioski

Program midas NFX oferuje solidny zestaw narzędzi analizy metodą elementów skończonych (MES), obejmujący różnorodne elementy do symulacji i analizy złożonych zachowań strukturalnych i termicznych. Elastyczność tego oprogramowania jest widoczna w jego kompleksowym zestawie elementów strukturalnych, takich jak pręty, belki, rury, membrany, powłoki i bryły stałe, każdy dostosowany do konkretnych rodzajów struktur i warunków obciążenia.

Dbając o nieliniowości geometryczne i materiałowe, program wyróżnia się szczególnie w obszarze elementów warstwowej powłoki i stałej, zaprojektowanych do modelowania materiałów kompozytowych o właściwościach elasto-plastycznych. Elementy te uwzględniają skomplikowane zachowania, takie jak naprężenia, odkształcenia i plastyczność w różnych punktach integracji w warstwach płyt laminowanych, dostarczając inżynierom subtelnych informacji na temat reakcji struktury.

Elementy stałej warstwowej, dostępne w formie czworościennej, sześciennej i hybrydowej, radzą sobie z ograniczeniami tradycyjnych metod izoparametrycznych, eliminując problemy związane z blokowaniem i zapewniając dokładne wyniki, zwłaszcza w cienkich płytach laminowanych. Wprowadzenie analiz nieliniowych, uwzględniających nieliniowość geometryczną i materiałową, dodatkowo zwiększa zdolność programu do symulacji scenariuszy rzeczywistych.

Wprowadzenie elementów skalarnych, typu bush, elementów specjalnych i ciał sztywnych/interpolacyjnych rozszerza użyteczność midas NFX poza tradycyjne analizy strukturalne. Elementy te ułatwiają modelowanie różnych zachowań mechanicznych i dynamicznych, dodając kolejny poziom zaawansowania do możliwości oprogramowania.

W analizach termicznych elementy przenoszenia ciepła oferują płynną integrację nieliniowości zależności od temperatury. Zgodność z elementami strukturalnymi pozwala inżynierom na przeprowadzanie złożonych analiz sprzężonych, eksplorując złożone zależności między termicznymi a strukturalnymi odpowiedziami.

Niezwykłą cechą jest uwzględnienie sztywności geometrycznej, kluczowej w analizie ugięcia liniowego i nieliniowej analizie geometrycznej. Podejście to do obliczeń sztywności geometrycznej na poziomie elementów, oparte na zaktualizowanej formule Lagrange’a, zapewnia dokładne odwzorowanie struktur poddanych dużym odkształceniom.

Dodatkowo, analiza błędów naprężeń dostarcza inżynierom cennego narzędzia do oceny odpowiedniości siatki elementów skończonych. Poprzez obliczenia naprężeń Von-Mises i analizę rozkładu błędów naprężeń użytkownicy mogą zidentyfikować elementy wymagające ulepszeń w adaptacyjnych analizach elementów skończonych.

Program midas NFX wyrasta na kompleksowe i zaawansowane narzędzie dla inżynierów i analityków zajmujących się spektrum problemów strukturalnych i termicznych. Jego szeroki zakres elementów, połączony z zaawansowanymi funkcjami analizy, pozycjonuje go jako rozwiązanie dla profesjonalistów poszukujących precyzji i wszechstronności w symulacjach metodą elementów skończonych. W miarę postępu technologicznego midas NFX stale się rozwija, dbając o to, aby pozostać na czele oprogramowania do analizy metodą elementów skończonych.