Nieliniowe podpory w MES – Gap Element (NX Nastran) [Q&A #2]

Ostatnio Ardalan zadał mi świetne pytanie dotyczące definiowania nieliniowych podpór w MESie. Pytanie było następujące:

Po pierwsze, czy da się, zamiast podparcia kompletnie sztywnego, zastosować podparcie z pewną tolerancją? Na przykład podporę, która umożliwi pewien zakres ruchu, zanim go zablokuje?

Po drugie, jak podeprzeć coś tylko w jedną stronę, np. zablokować ruch na kierunku +Y przy swobodnym ruchu -Y?

Odpowiedź na oba te pytania stanowi element z biblioteki NX Nastrana: Gap Element.

*Jeśli jesteś niecierpliwy, możesz przewinąć posta w dół – na końcu znajduje się film wideo (w języku angielskim), w którym wyjaśniam, jak zdefiniować Gap Element.

Dlaczego to może się przydać?

Gap element może się przydać w wielu różnych przypadkach. Moim osobistym faworytem jest podpora działająca tylko w jedną stronę. Jakiś czas temu pisałem, jak uniknąć kontaktu w analizie. Podpory działające tylko w jedną stronę podchodzą pod to zagadnienie. Istnieją zarzuty, że rozwiązaniu z gapami wiele brakuje do kontaktu (kontakt używa analizy nieliniowej, jest iteracyjny id.). Nie mam zamiaru się spierać z takimi argumentami, zwłaszcza że nie znoszę dyskusji o klasyfikacjach. Powiem za to tak:

Gap element ma wiele świetnych zastosowań, szczególne gdy chcemy szybko i stosunkowo łatwo zadać podpory, które działają tylko w jedną stronę.

Jest również przydatny do modelowania połączeń z poślizgiem między elementami. Jak sugeruje nazwa „gap”, element umożliwia zdefiniowanie luki, która musi zostać zamknięta, zanim zaczną być przekazywane siły.

Dlaczego podpora miałaby nie działać w jedną stronę?

Zatrzymajmy się na chwilę, żeby wyjaśnić, dlaczego podpora może nie działać w jedną stronę i co to właściwie znaczy. Na ogół odnosi się to do warunków ściskania/rozciągania.

Spójrz na ten (piękny) kwiatek:

Stoi on po prostu na ziemi. Nie zagłębia się w niej, co oznacza, że ziemia stanowi podporę (nawet bardzo silną). Gdybyśmy przyłożyli obciążenie ściskające kwiatek (kto chciałby zgnieść tak piękną roślinę?), wytrzymałby spokojnie. To naprawdę zdumiewające, ile obciążenia można przyłożyć przy takim podparciu!

Jeśli jednak zaczniemy rozciągać kwiatek (delikatnie i przy doniczce!), po prostu go podniesiemy! W takim przypadku nie istnieje w ogóle żadna podpora!

Właśnie o takiej podporze mówimy, że jest aktywna tylko w jedną stronę. W tym konkretnym przypadku podpora działa jedynie na ściskanie (co jest bardzo popularnym przypadkiem), istnieje jednak wiele innych możliwości. Wiesz, nie mogę się oprzeć pokusie zrobienia jeszcze kilku szkiców, więc lecimy dalej!

Różne typy podpór nieliniowych działających tylko w jedną stronę

Pokazałam już podporę działającą tylko przy ściskaniu („podpora kwiatkowa”). Istnieje jednak zdecydowanie więcej możliwości.

Łatwo można sobie wyobrazić podporę działającą tylko na rozciąganie. Wystarczy pomyśleć o lampie zawieszonej na sznurze:

Jeśli użyjesz odpowiedniej siły pionowej w górę, bez problemu podniesiesz lampę. Oznacza to, że podpora nie działa przy ściskaniu!

To jednak jeszcze nie koniec! Podobne problemy pojawiają się przy zginaniu, co czasami może zaskoczyć.

Wyobraź sobie połączenie takie jak to:

Pisałem już tutaj, jak pracuje takie połączenie. Krótko mówiąc, moment dzieli się na parę sił. Rozciąganie jest przenoszone na ścianę za pomocą śrub, docisk natomiast jest przekazywany przez kontakt między płytą a ścianą.

Zabawa zaczyna się, kiedy zmieniamy zwrot zginania. Połączenie jest wtedy bez szans (nie ma śrub, które przeniosłyby rozciąganie na dole). Podpora taka działa jedynie przy zginaniu „w dół”.

Istnieje jeszcze mnóstwo innych przypadków, to jednak są te najważniejsze.

Podpory z gapami

Druga część pytania z początku posta dotyczyła podpór z gapami. Czasami po prostu podpora zaczyna pracować dopiero po tym, jak nastąpi pewne przemieszczenie. Opisywałem to tutaj.

Najprostszym przykładem tutaj jest wspornik z dodatkową podporą. Użyję też tego przykładu w Femapie, żeby pokazać, jak to wszystko działa!

W takim przypadku belka najpierw trochę się odkształci (maksymalne ugięcie będzie na końcu wspornika). Później jednak, kiedy gap się zamknie, całość zacznie pracować jak belka sztywno-przegubowa. Odkształcenia zaczną wzrastać na środku belki bardziej niż na jej prawym końcu (koniec ten jest teraz podparty).

Zauważ również, że narysowałem „dodatkową podporę” jedynie na dole belki – jeśli siła będzie skierowana w górę, podpora nie zadziała!

Gap element na ratunek!

Powyższy przykład jest świetnym przypadkiem, w którym sprawdzają się elementy gap w NX Nastranie. Opis tego, jak to wszystko działa, zająłby sporo czasu, dlatego zamiast tego zapraszam do obejrzenia wideo (w języku angielskim). Znajduje się tam instrukcja, jak definiować tego typu zadania 🙂

Chcesz nauczyć się więcej?

Jeśli interesujesz się MESem, możesz dowiedzieć się kilku przydatnych rzeczy ma moim darmowym kursie. Możesz się do niego zapisać poniżej: