fidesys
В данной статье рассматривается пример расчёта осадки фундамента здания на глинистом основании. Здание представляет собой 5-этажное строение с подвалом, заглубленным на 2 м. Фундамент опирается на глинистое основание мощностью 40 м и нижележащим слоем скального грунта, который мы заменяем соответствующим граничным условием. Размер расчётной области примем 80х80 м для анализа возможных механизмов разрушения и исключения влияния границ. Так как геологические условия однородные, конструкция фундамента в горизонтальной плоскости одинаковая, поэтому будем моделировать четверть модели с заданием условий симметрии.
Для упрощения подвальная часть здания моделируется как абсолютно жёсткая с помощью солида. Нагрузка от его веса примем как вес самого солида. Материал глинистого грунта обуславливается как упругими, так и пластическими характеристиками по теории Кулона-Мора. Материалу здания присвоены только упругие характеристики. Обращаем внимание, что при расчёте пластичности у пользователей CAE Fidesys есть возможность использовать в том числе линейно-упругие материалы.
Построение модели
Создайте первый параллелепипед. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из выпадающего списка выберите Параллелепипед и задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Проделайте то же самое для создания еще двух параллелепипедов: x-160, y-160, z-38; x-40, y-40, z-2.
Переместите первый параллелепипед. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Преобразовать. Из выплывающего списка выберите Переместить и задайте требуемые параметры. Нажмите Применить.
Проделайте то же самое, чтобы переместить остальные два параллелепипеда: объем 2 переместите на расстояние по Z -21; объем 3 переместите на расстояние по Z -1.
Вычтите из первого параллелепипед остальные. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Логические операции. Из выпадающего списка выберите Вычесть и задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Разрежьте геометрическую модель. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Разрез. Из выплывающего списка выберите Координатная плоскость и задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Разрежьте еще раз геометрическую модель. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Удалите лишние объемы, для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Удалить. Введите необходимые объемы и нажмите Применить.
Объедините сущности и обнулите нумерацию. Для этого в командную строку введите:
imprint all merge all compress all
Построение сетки
Постройте конечно-элементную сетку на объеме 3. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Объемная, Действие - Интервалы. Из выпадающего списка выберите Автоматический размер и задайте необходимые параметры. Нажмите Задать размер, Построить сетку.
Задайте разбиение сетки. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Поверхностная, Действие - Построение сетки. Из выплывающего списка выберите Преимущественно четырехугольная и задайте необходимые параметры. Нажмите Применить схему.
Постройте конечно-элементную сетку на объеме 1. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Объемная, Действие - Интервалы. Из выпадающего списка выберите Автоматический размер и задайте необходимые параметры. Нажмите Задать размер, Построить сетку.
Сделайте протяжку поверхностной сетки, для этого на панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Объемная, Действие - Построение сетки. Из выпадающего списка выберите Протяжка. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить схему.
Постройте конечно-элементную сетку на объеме 2. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Объемная, Действие - Интервалы. Из выпадающего списка выберите Автоматический размер и задайте необходимые параметры. Нажмите Задать размер, Построить сетку.
Задание материала и свойств блока
Создайте три вида материала. На панели команд выберите Режим - Материал, Объект - Управление материалами. В открывшемся виджете Управление материалами в средней колонке укажите имя первого материала. В колонке свойств откройте список Упругость и перетащите Материал Гука в колонку Свойства материала, затем в левой колонке перейдите в раздел и перетащите Общие → Плотность, Пластичность → Критерий Кулона-Мора. Задайте необходимые значения.
Создайте второй материал. В колонке свойств из раздела Упругость перетащите Материал Гука в колонку Свойства материала, затем в левой колонке перейдите в раздел и перетащите Общие → Плотность, Пластичность → Критерий Кулона-Мора. Задайте необходимые значения.
Создайте третий материал. В колонке свойств из раздела Упругость перетащите Материал Гука в колонку Свойства материала, затем в левой колонке перейдите в раздел и перетащите Общие → Плотность. Задайте необходимые значения. Нажмите Применить и закройте окно Управление материалами.
Создайте первый блок. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Создайте второй блок. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Создайте третий блок. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Задайте свойства первому блоку. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Свойства/параметры блока. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Задайте свойства второму блоку. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Свойства/параметры блока. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Задайте свойства третьему блоку. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Свойства/параметры блока. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Задание граничных условий
Жестко закрепите модель в перемещениях. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещение, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Закрепите модель в перемещениях по X. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещение, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Закрепите модель в перемещениях по Y. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещение, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Задайте гравитацию на всю модель. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Гравитация, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.
Запуск расчета
Для запуска на расчет в CAE Fidesys выберите на панели команд Режим - Настройки расчета, Настройки расчета - Статический, Действие - Общие. Задайте требуемые параметры и нажмите Применить, Начать расчет.
В данном примере нам потребуется 2 расчёта. В результате 1-го расчёта будет сформировано природное НДС. Во 2-ом же расчёте мы будем смотреть, как изменилось НДС грунтового массива в результате воздействия на него нового строительства. Для этого мы будем использовать 1-ый расчёт как начальное условие, однако следует учесть, что та геометрия, которую мы отрисовали в препроцессоре является такой после формирования природных напряжений под действием гравитации, поэтому после импорта результатов 1-го расчёта следует удалить из начальных условий все перемещения. Для этого в командной строке выполните набор команд:
import pvd 'C:\Users\Documents\CAE-Fidesys-8.0\fidesys01.pvd' mesh_geometry linear result_as_initial keep_data skip_mesh block 1 material 3 delete initial displacement 1 calculation start path 'C:\Users\Documents\CAE-Fidesys-8.0\fidesys02.pvd'
Анализ результатов
Откройте файл с результатами. Это можно сделать тремя способами:
Нажмите Ctrl+E;
В главном меню выберите Расчёт - Открыть результат;
На панели команд выберите Результаты (Режим - Результаты, Результаты - Открыть Результат).
Появится окно FidesysViewer, в котором вы сможете ознакомиться с результатами расчёта.
Для более детального рассмотрения поведения подземной части здания примените фильтр Порог, для этого на верхней строке выберите Фильтры - Алфавитный указатель - Порог. Перейдите в раздел Свойства и установите нужные параметры. Нажмите Применить.
Далее постройте график вдоль нижней грани фундамента. Для этого на верхней строке выберите Фильтры - Алфавитный указатель - Построить график вдоль линии. В Свойствах установите необходимые параметры и нажмите Применить. Затем в качестве полей для отображения на графике выберите Перемещения_X, Перемещения_Y, Перемещения_Z, Перемещения_Сумма. В результате в правой части экрана отобразятся необходимые графики:
Для проверки осадки фундамента необходимо оставить только график Перемещения_Z:
Затем необходимо переименовать оси графика, для этого во вкладке Свойства переместите ползунок вниз и укажите заголовки для осей:
Чтобы посмотреть значение в определённой точке, на графике необходимо навестись курсором на нужную область. Таким образом, в точке с координатой х = 0 перемещения составляют (-0.16), а в х = 20 - (-0.09).
В результате максимальная осадка фундамента составила 16 см, а относительная разность осадок (0.16-0.09)/20 = 0.0035.
Использование консольного интерфейса
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 #geometry brick x 160 y 160 z 40 brick x 160 y 160 z 38 brick x 40 y 40 z 2 move Volume 1 z -20 include_merged move Volume 2 z -21 include_merged move Volume 3 z -1 include_merged subtract volume all except 1 from volume 1 imprint keep_tool webcut volume all with plane xplane offset 0 webcut volume all with plane yplane offset 0 delete volume all except 7 to 9 imprint all merge all compress all #mesh volume 3 size auto factor 6 mesh volume 3 surface 7 9 scheme quad_dominant volume 1 size auto factor 7 mesh volume 1 volume 2 scheme Sweep source surface 15 7 target surface 11 sweep transform least squares volume 2 autosmooth target on fixed imprints off smart smooth off volume 2 size auto factor 5 mesh volume 2 #materials create material 1 modify material 1 name 'Глина_сухая' modify material 1 set property 'POISSON' value 0.3 modify material 1 set property 'MODULUS' value 1e+07 modify material 1 set property 'DENSITY' value 1700 modify material 1 set property 'MC_DILATANCY_ANGLE' value 0 modify material 1 set property 'MC_INT_FRICTION_ANGLE' value 30 modify material 1 set property 'MC_COHESION' value 10000 create material 2 modify material 2 name 'Глина_водонасыщенная' modify material 2 set property 'POISSON' value 0.3 modify material 2 set property 'MODULUS' value 1e+07 modify material 2 set property 'DENSITY' value 1800 modify material 2 set property 'MC_DILATANCY_ANGLE' value 0 modify material 2 set property 'MC_INT_FRICTION_ANGLE' value 30 modify material 2 set property 'MC_COHESION' value 10000 create material 3 modify material 3 name 'Здание' modify material 3 set property 'POISSON' value 0.3 modify material 3 set property 'MODULUS' value 1e+07 modify material 3 set property 'DENSITY' value 5000 #blocks set duplicate block elements off block 1 add volume 3 block 1 name 'Здание' set duplicate block elements off block 2 add volume 1 block 2 name 'Грунт_сухой' set duplicate block elements off block 3 add volume 2 block 3 name 'Грунт_водонасыщенный' block 'Здание' material 1 cs 1 category solid order 2 block 'Грунт_сухой' material 1 cs 1 category solid order 2 block 'Грунт_водонасыщенный' material 2 cs 1 category solid order 2 #boundary_conditions create displacement on surface 11 dof all fix create displacement on surface 12 1 16 13 6 dof 1 fix create displacement on surface 14 5 10 4 2 dof 2 fix create gravity global modify gravity 1 dof 3 value -9.81 #calculation_setting analysis type static elasticity plasticity dim3 calculation start path 'C:/Users/fidesys01.pvd' import pvd 'C:/Users/fidesys01.pvd' mesh_geometry linear result_as_initial keep_data skip_mesh block 1 material 3 delete initial displacement 1 calculation start path 'C:/Users/fidesys02.pvd'
