В данном примере демонстрируется многошаговая статическая задача, моделирующая горную выработку с подключением стальной крепи.

В процессе подготовки модели были рассчитаны эффективные свойства пористого грунта. Итоговые значения констант упругости и плотность записаны в виде xml-файла, а позже подгружены в библиотеку материалов. Деформации происходят под собственным весом, граничные условия задачи определяются из соображений симметрии.

Расчет эффективных свойств для пористого грунта

Импортирование геометрической модели

Импортируйте модель. В верхней строке выберите Меню — Файл — Импорт. В открывшемся окне выберите нужный файл скачать файл и нажмите Открыть.

Отмасштабируйте модель. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Преобразовать. Из выплывающего списка выберите Масштабировать. Выберите необходимые параметры. Поставьте множитель растяжения 0.025. Нажмите Применить.

Задание свойств блоков

Создайте блок. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте нужные параметры. Нажмите Применить.

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

Запуск расчета

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

В открывшемся окне Обработать данные по эффективным свойствам нажмите Обработать данные, затем нажмите Экспорт материала. В появившихся вкладках укажите имя материала и имя файла. Нажмите Экспорт. Закройте окно Обработать данные по эффективным свойствам.

В результате выгрузится файл с эффективными свойствами пористого грунта в формате xml, который в дальнейшем будет использоваться в расчете.

Построение модели горной выработки

Построение модели

Создайте параллелепипед. На панели команд выберите модуль построения геометрии Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Создать. Из списка геометрических примитивов выберите Параллелепипед. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.

Создайте цилиндр. Из списка геометрических примитивов выберите Цилиндр. Задайте необходимые параметры и нажмите Применить.

Переместите созданный цилиндр. На панели команд выберите модуль построения геометрии Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Преобразовать. Из выпадающего списка выберите Переместить и задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Сделайте разрез продленным из поверхности листом. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Разрез. Из выпадающего списка выберите Продленный из поверхности лист и задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Удалите лишние объемы. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Удалить. Введите ID объемов и нажмите Применить.

Удалите лишний объем. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Удалить. Введите ID объема и нажмите Применить.

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

Вычтите один объем из другого. Для этого на панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Логические операции. Из выпадающего списка выберите Вычесть и задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Построение сетки

Задайте схему для построения тетраэдральной сетки. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Объемная, Действие - Построение сетки. Из выплывающего списка выберите Тетраэдральная и укажите необходимые параметры. Нажмите Применить схему.

Постройте сетку на объеме. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Объемная, Действие - Интервалы. Из выплывающего списка выберите Задать размер и укажите необходимые параметры. Нажмите Построить сетку.

Скопируйте поверхности. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Поверхность, Действие - Создать. Из выплывающего списка выберите Копировать и изменить. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Так как модель не срощена, то в месте стыковки двух поверхностей образуется две кривые, поэтому их необходимо срастить. Для удобства выбора кривых на панели инструментов выключите отображение сетки и включите режим прозрачного отображения. Затем срастите кривые 81 и 86. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Кривая, Действие - Срастить. Из выплывающего списка выберите Срастить. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Далее срастите кривые 88 и 89.

Задайте схему для построения треугольной сетки. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Поверхностная, Действие - Построение сетки. Из выплывающего списка выберите Треугольная и укажите необходимые параметры. Нажмите Применить схему.

Постройте сетку на поверхностях. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Поверхностная, Действие - Интервалы. Из выплывающего списка выберите Задать размер и укажите необходимые параметры. Нажмите Применить, Построить сетку.

Постройте тетраэдральную сетку на модели. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Объемная, Действие - Построение сетки. Из выплывающего списка выберите Тетраэдральная и укажите необходимые параметры. Нажмите Построить сетку.

Задание материала и свойств блоков

Задайте материал. На панели команд выберите Режим - Материал, Объект - Управление материалами. В колонке "Импортированный материал" дважды нажмите на Углеродистая сталь. Нажмите Применить. Закройте окно Управление материалами.

Импортируйте созданный материал в качестве активного. На панели команд выберите Режим - Материал, Объект - Импорт\экспорт материалов. Нажмите на кнопку , в появившемся окне Укажите файл базы данных выберите нужный файл и нажмите Открыть.

Поставьте галочку на Импортировать в активные материалы и нажмите Применить.

Затем откройте Управление материалами и переименуйте материал в Пористый грунт. Нажмите Применить.

Создайте первый блок с названием "Грунт". На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Создайте второй блок с названием "Выработка". На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Создайте третий блок с названием "Оболочка". 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 свойства для блока. Затем необходимо задать свойства оболочке, для этого нажмите на кнопку . Введите необходимые параметры. Нажмите Применить.

Закройте окно Задать свойства оболочки и нажмите Применить.

Задание граничных условий

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 Z. 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 весь объем. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Гравитация, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задайте связанный контакт между поверхностями 41 и 44. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Контакт, Действие - Создать. Из выпадающего списка выберите Выбор главной и побочной сущности, задайте необходимые значения и нажмите Применить.

Проделайте тоже самое для задания связанного контакта между поверхностями:

ID объекта главной сущности 44, ID объекта побочной сущности 48;
ID объекта главной сущности 44, ID объекта побочной сущности 48;
ID объекта главной сущности 43, ID объекта побочной сущности 49;
ID объекта главной сущности 42, ID объекта побочной сущности 3;
ID объекта главной сущности 41, ID объекта побочной сущности 22;
ID объекта главной сущности 44, ID объекта побочной сущности 33;
ID объекта главной сущности 43, ID объекта побочной сущности 26.

Запуск расчета

Задайте тип задачи, которую требуется решить. На панели команд выберите модуль настроек расчёта Режим - Настройки расчёта, Настройки расчёта - Статический, Статический - Общие. Задайте настройки расчета, затем поставьте галочку Число шагов нагружения и нажмите на кнопку . В открывшемся окне выберите Грунт 1 и задайте активные шаги 1 2 3, нажмите Применить.

Задайте для Выработка 2 активный шаг 1. Нажмите Применить.

Задайте для Оболочка 3 активный шаг 3. Нажмите Применить.

Перейдите во вкладку ГУ, затем задайте для Контакт 1 активный шаг 3. Нажмите Применить.

Задайте для Контакт 2 активный шаг 3. Нажмите Применить.

Задайте для Контакт 3 активный шаг 3. Нажмите Применить.

Задайте для Контакт 4 активный шаг 1. Нажмите Применить.

Задайте для Контакт 5 активный шаг 1. Нажмите Применить.

Задайте для Контакт 6 активный шаг 1. Нажмите Применить.

Задайте для Контакт 7 активный шаг 1. Нажмите Применить.

Закройте окно Настройки шагов нагружения и нажмите Применить.

Далее выберите на панели команд Режим - Настройки расчета, Настройки расчета - Статический, Статический - Поля вывода. 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 FidesysViewer, в котором вы сможете ознакомиться с результатами расчёта.

На верхней панели выберите данные результата расчета для отображения. Из первого выпадающего списка выберите Перемещения, из второго – Y. Время нагрузки установите 1.

Затем на верхней панели установите: Напряжения - Мизес. Ниже на рисунке показано распределение напряжений по Мизесу.

Также можно посмотреть Статус контакта узла.

Установите время нагрузки 2. Затем, переключая поле и компоненту отображения просмотрите результаты для Перемещения Y, Напряжения Мизес и Статус контакта узла.

Установите время нагрузки 3. Затем, переключая поле и компоненту отображения просмотрите результаты для Перемещения Y, Напряжения Мизес и Статус контакта узла.

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
brick x 0.67 y 0.3 z 2
create Cylinder height 2 radius 0.4
move Volume 2 y -0.15 include_merged
webcut volume 1  with sheet extended from surface 7
delete volume 3 4
webcut volume 2  with sheet extended from surface 25
delete volume 2
unite volume 5 1
brick x 2 y 1.5 z 2
subtract volume 5 from volume 6  keep_tool
Volume all scale 5.0 
volume 5 scheme tetmesh
undo group begin
volume 5 size 0.25
mesh volume 5
undo group end
Surface 22 33 26  copy
merge curve 81 86
merge curve 88 89 
surface 41 44 43 42 scheme trimesh geometry approximation angle 15 
Trimesher surface gradation 1.3
Trimesher geometry sizing on
surface 41 44 43 42 size 0.25
undo group begin
surface 41 44 43 42 size 0.25
mesh surface 41 44 43 42
undo group end
volume 6 scheme tetmesh
mesh volume 6
create material 1 from 'Углеродистая сталь'
import fidesysmaterial 'C:/Users/example/Porous_Soil.xml' toactive
modify material 2 name 'Пористый грунт'
set duplicate block elements off
block 1 add volume 6 
block 1 name 'Грунт'
set duplicate block elements off
block 2 add volume 5 
block 2 name 'Выработка'
set duplicate block elements off
block 3 add surface 47 48 49 
block 3 name 'Оболочка'
block 1 material 2 cs 1 element solid order 2
block 2 material 2 cs 1 element solid order 2
create shell properties 1
modify shell properties 1 layer count 1
modify shell properties 1 layer 1 thickness 0.05
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 1
modify shell properties 1 layer direction normal
modify shell properties 1 thickness_change on
block 3 cs 1 element shell order 2
block 3 shell properties 1
create displacement  on surface 40 38 dof 1 fix 0 
create displacement  on surface 45 32 46 34 dof 3 fix 0
create displacement  on surface 37 dof 2 fix 0 
create gravity global
modify gravity 1 dof 2 value -9.81
create contact master surface 41 slave surface 47 type tied offset 0.0 tolerance 0.0025 method mpc
create contact master surface 44 slave surface 48 type tied offset 0.0 tolerance 0.0025 method mpc
create contact master surface 43 slave surface 49 type tied offset 0.0 tolerance 0.0025 method mpc
create contact master surface 42 slave surface 3 type tied offset 0.0 tolerance 0.0025 method mpc
create contact master surface 41 slave surface 22 type tied offset 0.0 tolerance 0.0025 method mpc
create contact master surface 44 slave surface 33 type tied offset 0.0 tolerance 0.0025 method mpc
create contact master surface 43 slave surface 26 type tied offset 0.0 tolerance 0.0025 method mpc
block 1 step 1 2 3
block 2 step 1
block 3 step 3
modify contact 1 step 3
modify contact 2 step 3
modify contact 3 step 3
modify contact 4 step 1
modify contact 5 step 1
modify contact 6 step 1
modify contact 7 step 1
analysis type static elasticity dim3
static steps 3
static results everysubstep 1
output nodalforce off energy off midresults on record3d on material off modelprops off without_smoothing off trackingforce off fullperiodic off

Многошаговый расчет выработки с учетом особенностей грунта

Расчет эффективных свойств для пористого грунта

Импортирование геометрической модели

Задание свойств блоков

Запуск расчета

Построение модели горной выработки

Построение модели

Построение сетки

Задание материала и свойств блоков

Задание граничных условий

Запуск расчета

Анализ результатов

Использование консольного интерфейса