Расчет балочно-оболочечного резервуара

Оболочечные конструкции широко применяют практически во всех отраслях хозяйственной деятельности: в судо- и самолетостроении, в гидротехнике, в объектах АЭС, в мостостроении, при возведении самых разнообразных промышленных, сельскохозяйственных и гражданских объектов, в дорожном и подземном строительстве, в горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. Следует отметить, что в ряде случаев строительство объектов с применением оболочечных конструкций требует особой ответственности, высокой квалификации, использования совершенных способов контроля и мониторинга, современных достижений науки и техники, опыта строительства и эксплуатации.

Представляет интерес расчет балочно-оболочечного резервуара. Так можно посмотреть как при внешнем давлении на стенки они изменяют свое положение. При этом используемый материал резервуара - Углеродистая сталь.

Построение геометрической модели резервуара

Создайте цилиндр с высотой 20 и радиусом 20. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из выплывающего списка выберите Цилиндр и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Далее создайте конус высотой 10 и радиусом 20. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из выплывающего списка выберите Конус и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Сместите конус. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Преобразовать. Из выплывающего списка выберите Перемещение и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Объедините объемы. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Логические операции. Из выплывающего списка выберите Объединить и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.

Удалите первый объем. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Удалить. Введите 1. Поставьте галочку Сохранять геометрию более низкого порядка Нажмите Применить.

Удалите нижнюю поверхность. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Поверхность, Действие - Удалить. Введите 2. Нажмите Применить.

Всю модель разрежьте на две части. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Разрез. Из выплывающего списка выберите Координатная плоскость. Задайте необходимые параметры и выберете ось ZX. Нажмите Применить.

Разрежьте модель на 2 части с поворотом плоскости. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Разрез. Из выплывающего списка выберите Координатная плоскость. Задайте необходимые параметры и выберете ось ZX. Нажмите Применить.

Проделывайте данную операцию, меняя угол поворота соответственно на 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120, 135, 150, 165.

Разрежьте модель на 2 части по оси z. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Разрез. Из выплывающего списка выберите Координатная плоскость. Задайте необходимые параметры и выберете ось XY. Нажмите Применить.

Разрежьте конус модели на 2 части по оси z. На панели команд выберите Режим -Геометрия, Объект - Объем, Действие - Разрез. Из выплывающего списка выберите Радиус цилиндра. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Объедините геометрические объекты

На панели команд выберите Режим -Геометрия, Объект - Вершина, Действие - Срастить. Введите all (для всех точек). Нажмите Применить.

На панели команд выберите Режим -Геометрия, Объект - Кривая, Действие - Срастить. Из выплывающего списка выберите Срастить. Введите all (для всех кривых). Нажмите Применить.

Задание материала и свойств блока

Создайте материал. На панели команд выберите Режим - Материал, Объект - Управление материалами. Перетащите импортированный материал Углеродистая сталь. Нажмите Применить.

Создайте блок c оболочками для модели. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Создайте блок с балками. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Введите необходимые кривые - 52 489 495 491 44 32 259 485 493 24 343 487 253 234 241 232 515 517 247 421 419 457 465 437 403 449 455 407 409 413 429 423 427 435 447 425 453 459 415 461 417 463 431 439 405 411 433 441 445 443 451 367 391 395 361 373 387 355 386 389 390 393 397 398 385 401 402 379 399 92 475 477 479 104 112 64 72 481 265 84 471 337 483 331 325 467 473 124 132 469 349 497 501 172 503 144 192 509 204 499 505 184 222 507 152 511 212 513 224 164 523 277 307 271 283 313 319 289 301 295. Нажмите Применить.

Задайте свойства для первого блока. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Свойства/параметры блока. Задайте необходимые параметры, свойства оболочки. Нажмите Применить.

Задайте свойства для второго блока. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Свойства/параметры блока. Задайте необходимые параметры, свойства оболочки. Нажмите Применить.

Построение сетки

Постройте конечно-элементную сетку для второго блока. В дереве объектов нажмите на второй блок правой кнопкой мыши, далее нажмите Прорисовать.

На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - На кривых, Действие - Построение сетки. Введите необходимые кривые - 52 489 495 491 44 32 259 485 493 24 343 487 253 234 241 232 515 517 247 421 419 457 465 437 403 449 455 407 409 413 429 423 427 435 447 425 453 459 415 461 417 463 431 439 405 411 433 441 445 443 451 367 391 395 361 373 387 355 386 389 390 393 397 398 385 401 402 379 399 92 475 477 479 104 112 64 72 481 265 84 471 337 483 331 325 467 473 124 132 469 349 497 501 172 503 144 192 509 204 499 505 184 222 507 152 511 212 513 224 164 523 277 307 271 283 313 319 289 301 295. Нажмите Применить, Построить сетку.

На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Поверхностная, Действие - Интервалы. Задайте необходимые параметры, сетка будет строиться на отображаемых кривых. Нажмите Задать размер, Построить сетку.

На свободной части экрана нажмите правой кнопкой мыши и выберите Готово. Далее еще раз на свободной части экрана нажмите правой кнопкой мыши и выберите Отрисовать сетку, а после этого нажмите F5 (обновить экран).

Задание граничных условий

Закрепите оболочки на нижнем торце. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещения, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите на ID объекта(ов), после чего выберите все нижние кривые. Нажмите Применить.

Задайте давление на стенках. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Давление, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите на ID объекта(ов), после чего выберите все поверхности на цилиндре. Нажмите Применить.

Задание зависимости давления от высоты

На панели команд выберите Режим - Зависимость ГУ. Нажмите на вкладку давление и во вкладке Формула впишите формулу, как показано на картинке. Нажмите Применить.

Запуск расчета

Для запуска на расчет в CAE Fidesys выберите на панели команд Режим - Настройки расчета, Объект - Статический, Действие - Общие. Задайте требуемые параметры и нажмите Применить, Начать расчет.

Анализ результатов

Откройте файл с результатами. Это можно сделать тремя способами:

  • Нажмите Ctrl+E;

  • В главном меню выберите Расчёт - Результаты. Нажмите Открыть последний результат;

  • На панели команд выберите Результаты (Режим - Результаты, Результаты - Открыть Результаты).

Появится окно Fidesys Viewer, в котором вы сможете ознакомиться с результатами расчёта.

Отобразите деформированный 3D вид модели. Установите фокус в дереве объектов на Ваш файл в Дереве и отобразите для него Фильтры - Алфавитный указатель - Деформировать по вектору. Во вкладке Свойства установите значение 18 в поле Множитель масштаба. Нажмите Применить.

Ниже на рисунках показаны распределение перемещений.

Использование консольного интерфейсa

Построение геометрии, генерацию сетки, задание граничных условий и материалов можно выполнить с использованием консольного интерфейса. Ниже приведён код программы, позволяющий выполнить шаги описанного выше руководства, необходимо только самостоятельно указать полный путь и название сохраняемого файла.

reset
create Cylinder height 20 radius 20 
create frustum height 10 radius 20 top 0
move Volume 2 z 15 include_merged 
unite volume 1 2 
delete volume 1 keep_lower_geometry 
delete Surface 2 
webcut body all with plane yplane offset 0 
webcut body all with plane yplane offset 0 rotate 15 about z center 0 0 0  
webcut body all with plane yplane rotate 30 about z preview 
webcut body all with plane yplane rotate 30 about z 
webcut body all with plane yplane rotate 45 about z 
webcut body all with plane yplane rotate 60 about z 
webcut body all with plane yplane rotate 75 about z 
webcut body all with plane yplane rotate 90 about z 
webcut body all with plane yplane rotate 105 about z 
webcut body all with plane yplane rotate 120 about z 
webcut body all with plane yplane rotate 135 about z 
webcut body all with plane yplane rotate 150 about z 
webcut body all with plane yplane rotate 165 about z 
webcut body all with plane zplane 
webcut body all with cylinder radius 10 axis z 
merge vertex all 
merge curve all 
create material 1 from 'Углеродистая сталь'
set duplicate block elements off
block 1 add surface all
set duplicate block elements off
block 2 add curve 52 489 495 491 44 32 259 485 493 24 343 487 253 234 241 232 515 517 247 421 419 457 465 437 403 449 455 407 409 413 429 423 427 435 447 425 453 459 415 461 417 463 431 439 405 411 433 441 445 443 451 367 391 395 361 373 387 355 386 389 390 393 397 398 385 401 402 379 399 92 475 477 479 104 112 64 72 481 265 84 471 337 483 331 325 467 473 124 132 469 349 497 501 172 503 144 192 509 204 499 505 184 222 507 152 511 212 513 224 164 523 277 307 271 283 313 319 289 301 295 
create shell properties 1
modify shell properties 1 layer count 1
modify shell properties 1 layer 1 thickness 4e-3
modify shell properties 1 layer 1 material 1
modify shell properties 1 layer 1 angle 0
modify shell properties 1 layer 1 cs 1
modify shell properties 1 eccentricity 0.5
modify shell properties 1 layer direction normal
modify shell properties 1 thickness_change on
block 1 element shell order 1
block 1 shell properties 1
create beam properties 1
modify beam properties 1 type 'Rectangle'
modify beam properties 1 angle 0.0
modify beam properties 1 ey 0.0
modify beam properties 1 ez 0.0
modify beam properties 1 geom_B 0.01
modify beam properties 1 geom_H 0.01
modify beam properties 1 mesh_quality 2
modify beam properties 1 warping_dof on
block 2 material 1 cs 1 element beam order 1
block 2 beam properties 1
draw block 2 
curve 52 489 495 491 44 32 259 485 493 24 343 487 253 234 241 232 515 517 247 421 419 457 465 437 403 449 455 407 409 413 429 423 427 435 447 425 453 459 415 461 417 463 431 439 405 411 433 441 445 443 451 367 391 395 361 373 387 355 386 389 390 393 397 398 385 401 402 379 399 92 475 477 479 104 112 64 72 481 265 84 471 337 483 331 325 467 473 124 132 469 349 497 501 172 503 144 192 509 204 499 505 184 222 507 152 511 212 513 224 164 523 277 307 271 283 313 319 289 301 295  interval 10
curve 52 489 495 491 44 32 259 485 493 24 343 487 253 234 241 232 515 517 247 421 419 457 465 437 403 449 455 407 409 413 429 423 427 435 447 425 453 459 415 461 417 463 431 439 405 411 433 441 445 443 451 367 391 395 361 373 387 355 386 389 390 393 397 398 385 401 402 379 399 92 475 477 479 104 112 64 72 481 265 84 471 337 483 331 325 467 473 124 132 469 349 497 501 172 503 144 192 509 204 499 505 184 222 507 152 511 212 513 224 164 523 277 307 271 283 313 319 289 301 295  scheme equal
curve 52 489 495 491 44 32 259 485 493 24 343 487 253 234 241 232 515 517 247 421 419 457 465 437 403 449 455 407 409 413 429 423 427 435 447 425 453 459 415 461 417 463 431 439 405 411 433 441 445 443 451 367 391 395 361 373 387 355 386 389 390 393 397 398 385 401 402 379 399 92 475 477 479 104 112 64 72 481 265 84 471 337 483 331 325 467 473 124 132 469 349 497 501 172 503 144 192 509 204 499 505 184 222 507 152 511 212 513 224 164 523 277 307 271 283 313 319 289 301 295  interval 10
curve 52 489 495 491 44 32 259 485 493 24 343 487 253 234 241 232 515 517 247 421 419 457 465 437 403 449 455 407 409 413 429 423 427 435 447 425 453 459 415 461 417 463 431 439 405 411 433 441 445 443 451 367 391 395 361 373 387 355 386 389 390 393 397 398 385 401 402 379 399 92 475 477 479 104 112 64 72 481 265 84 471 337 483 331 325 467 473 124 132 469 349 497 501 172 503 144 192 509 204 499 505 184 222 507 152 511 212 513 224 164 523 277 307 271 283 313 319 289 301 295  scheme equal
mesh curve 52 489 495 491 44 32 259 485 493 24 343 487 253 234 241 232 515 517 247 421 419 457 465 437 403 449 455 407 409 413 429 423 427 435 447 425 453 459 415 461 417 463 431 439 405 411 433 441 445 443 451 367 391 395 361 373 387 355 386 389 390 393 397 398 385 401 402 379 399 92 475 477 479 104 112 64 72 481 265 84 471 337 483 331 325 467 473 124 132 469 349 497 501 172 503 144 192 509 204 499 505 184 222 507 152 511 212 513 224 164 523 277 307 271 283 313 319 289 301 295 
surface all size auto factor 5
surface all size auto factor 5
mesh surface all
create displacement  on curve 210 217 37 70 57 77 50 30 110 90 117 97 226 190 177 230 170 197 150 237 239 157 130 137  dof 1 dof 2 dof 3 fix  
create pressure  on surface 140 144 102 106 110 114 118 122 126 141 145 103 107 111 115 119 123 127 130 134 138 142 98 100 104 108 112 131 135 139 143 99 101 105 109 113 116 120 124 128 132 136 117 121 125 129 133 137  magnitude  1 
bcdep pressure 1 value '-(1000 * 9.81 * (10-z))'
analysis type static elasticity dim3