Kılavuz · Bölüm 4
Yapısal: ağdan kiplere
Tek bir yol, altı adım: geometri girer, denetlenmiş bir ağ kurulur, malzeme atanır, sınır koşulları konur, çözüm koşar, savunabileceğiniz bir sonuç çıkar.
1 · Geometriyi içeri almak
Her şey Dosya ▸ Geometri İçe Aktar… (STEP/IGES/STL/OBJ) ile başlar. Elinize ne geçtiği biçime bağlıdır:
| STEP / IGES | Gerçek bir CAD katısı; birimini kendi içinde taşır. Hacim ağı üretilebilir, yeniden meshlenebilir, onarılabilir. Bölümün geri kalanı bunu varsayar. |
|---|---|
| STL / OBJ | Üçgenlenmiş bir yüzey; dosyada birim yoktur, inWaves içe aktarırken birimi sorar. Hacim ağı üretilemez, yeniden meshlenemez. |
Parça ağaçta Sahne parçaları altına düşer. Özellikler paneli düğüm ve üçgen sayısını, hacim ağının durumunu ve CAD katısının gelip gelmediğini gösterir.
Meshlemeden önce Mesh ▸ Yüzey Sağlığı koşun: Kapalı (watertight), Sınır kenarı (delik), Sarım tutarlılığı, Ayrık kabuk, Yüzey alanı, Kapalı hacim. Yüzey kapalı: hacim meshlemeye uygun yazıyorsa devam edin. Yüzey hacim meshlenemez yazıyorsa nedenini Bulgular listesi söyler: genelde delik ya da birleşmemiş kabuk.
Görüntü kabuğu kapalı görünen bir katı, ince şeritler ve mikro ayrıntılar yüzünden tetrahedralleşmeye direnebilir. Rapor o zaman Onararak Meshle sunar: OpenCASCADE küçük kenar ve yüzeyleri birleştirir, eleman boyutu altındaki ayrıntıyı atlar.
2 · Ağı üretmek ve ne çıktığını denetlemek
Ağ, önemsediğiniz en kısa dalga boyuna yeterince düğüm koymalıdır. Az koyarsa model yapay olarak rijitleşir.
Bir boyut isteyin. Mesh ▸ Frekanstan Boyut… bir Hedef üst frekans (varsayılan 2000 Hz) ve Dalga boyu başına düğüm (varsayılan 10) alır, metre cinsinden bir boyut döndürür. Önce malzeme atayın (3. adım): dalga boyu parçanın malzemesinden, kayma dalgasından gelir.
Ağı üretin. Mesh ▸ Hacim Mesh Üret… meshlenecek CAD parçalarını seçtirir, sonra hepsi için tek bir Eleman boyutu (0 = gmsh otomatik) ister (mm). Hacim meshlemeyi gmsh yapar, ayrı kurulur; yoksa düğme bunu söyler.
Ne çıktığına bakın. Mesh ▸ Hacim Mesh'ini Göster ağı çizer. Hacim Mesh'ini Sil adımı CAD'e dokunmadan geri alır.
Hiç CAD yoksa Mesh ▸ Kutu Parça Üret… ölçü ve bölme sayısından meshli blok üretir. Eleman şekli yalnız burada seçilir, Tetrahedral: her ağ aracı çalışır (varsayılan) ya da Heksahedral, eğilmede belirgin daha doğru (FV52: HEX2 −%1,6 / P2 tet +%18,4), sonradan değiştirilemez.
Üç rapor ve her biriyle ne yapılacağı
Mesh Kalitesi elemanın şeklini yargılar: Şekil kalitesi (en kötü ve ortanca), ideal 70,5°'ye karşı En küçük dihedral açı, Kenar uzunluğu, Dejenere eleman. Mesh kusurlu: çözmeden önce düzeltin hükmünde çözmeyin; daha küçük boyutla yeniden meshleyin ya da CAD'i onarın. Konum bölümü en kötü elemanları 3B sahnede işaretler.
Aynı rapor Bu mesh hangi frekansa kadar geçerli? sorusunu ağın kenar uzunluklarından ve malzemenin kayma dalgası hızından cevaplar; kullandığı Ölçütü (eleman mertebesi × dalga boyu başına düğüm) Tipik (ortalama kenar) ve En kaba bölge ile gösterir. Bunu güvenebileceğiniz kiplerin tavanı sayın; çözücü üstteki kipleri yine döndürür.
Ağ Yeterliliği ağın eğilmeyi taşıyıp taşımadığını sorar. Şekli kusursuz bir ağ, cidar boyunca tek elemanla taşıyamaz. Bulduğu İnce yönü, önerilen alt sınıra karşı Kalınlık boyunca eleman sayısını ve En büyük en-boy oranını bildirir. Eğilme yeterliliği RİSKLİ: sonuç olduğundan rijit çıkabilir hükmü hatanın yönünü verir. Kalite raporundan farklı olarak heksahedral ağda da çalışır.
Yakınsama kontrolü ve ağ kademesi seçiminin önemi
Mesh ▸ Yakınsama Kontrolü… sayının ne kadarının ağdan geldiğini söyler. Modeli şimdiki ağda, sonra daha ince bir ağda çözer ve sıfır eleman boyutundaki değeri kestirir. İnce ağ ile o değer arasındaki fark belirsizliktir. Sıklaştırılmış ağ yalnız bellekte kurulur, projeniz değişmez.
Cevabı değiştiren alan Ağ kademesidir:
| 2 ağ: mertebe VARSAYILIR (güvenlik çarpanı 3,0) | İki çözüm. Yakınsama mertebesi elemanın teorik mertebesi kabul edilir. Ucuzdur, bildirilen bant üç kat geniştir. |
|---|---|
| 3 ağ: mertebe ÖLÇÜLÜR (güvenlik çarpanı 1,25) | Üç çözüm. Mertebe üç sonuçtan ölçülür, güvenlik çarpanı 3,0'dan 1,25'e iner. Aynı hata, yaklaşık üç kat daha dar bildirilir. |
Sonuçta Yakınsama mertebesi p (kaynağı ve teorik değeriyle), Güvenlik çarpanı (GCI), Gerçekleşen ağ oranı ve bir Kip başına tablosu görünür: kaba [Hz], ince [Hz], fark %, f→0 [Hz], hata %. Kipler frekans sırasıyla eşlenir, yakın iki kip ağlar arasında yer değiştirebilir; böyle bir satırı komşularıyla okuyun. İnce ağ Eleman tavanı (aşılırsa koşulmaz) değerini aşarsa araç Koşulmadı: sıklaştırılmış ağ maliyet tavanının üstünde der.
3 · Malzeme
Parçayı seçip Malzeme Ata… deyin. Kategorilere ayrılmış yerleşik kütüphanenin yanında kendi tanımlarınız için Projeye özel grubu vardır. Malzeme geometriye kopyalanır; kütüphaneyi sonradan düzenlemek geçmiş analizleri değiştirmez.
| Elastisite modülü E [GPa] | GPa girilir, Pa saklanır. Penceredeki tek birim dönüşümü budur. |
| Poisson oranı ν [-] | Boyutsuz. Yeni malzemede siz değiştirmedikçe 0,3. |
| Yoğunluk ρ [kg/m³] | Kütleyi kurar, dolayısıyla frekansları en az E kadar belirler. |
| Tipik sönüm oranı ζ [-] | Yalnızca başlangıç tahmini. ζ bağlantı ve sınır koşullarına yığın malzemeden çok daha bağlıdır. Önemliyse modal testle ölçün. |
| Akustik soğurma α [-] (boş: yok) | Orta bant (500-1000 Hz) soğurması; akustik çözücüler kullanır. Yapısal değerlerden bağımsızdır. |
Uygulamak için Ata deyin. Birden çok katıdan birlikte meshlenmiş montajda Mesh ▸ Bölge Malzemesi… kullanın: bir Bölge seçip malzemesini verin. Parçalar arayüzde düğüm paylaştığı için montaj tek yapı olarak çözülür.
4 · Mesnetler ve yükler
İkisi de tıklamaya değil, kayıtlı bir düğüm seçimine oturur. Seçimi Mesh ▸ Düğüm Seç… ile kurun: Dikdörtgenle seç, Fırçayla seç, Tek tek seç (kamera serbest), Seçime ekle, Seçimden çıkar (veya Ctrl), sonunda Seçimi kaydet. Yüz Seç… aynısını tek CAD yüzünden yapar. Seçimler düğüm konumlarını saklar, yeniden meshlemeden sağ çıkar.
Mesnetler
Sahne ▸ Mesnet Ekle bir Bölge ve altı kutu ister. Yön X (u_x = 0), Yön Y (u_y = 0) ve Yön Z (u_z = 0) ötelemeyi tutar; Dönme X (θ_x = 0), Dönme Y (θ_y = 0) ve Dönme Z (θ_z = 0) dönmeyi tutar. Altısı işaretliyse ankastre, yalnız Z işaretliyse kayıcı mesnet. Dönme kutuları yalnız kiriş ve kabuk düğümlerinde anlamlıdır; katı düğümünde dönme serbestlik derecesi yoktur. Üçünü de bırakmak ankastreyi basit (pinned) mesnede çevirir.
İzolatör sertliği [N/m] (boş = rijit) doldurulursa mesnet zemine yay olur; yay her eksende etkidiği için yön kutuları kilitlenir. İzolatör kayıp faktörü η (boş = 0) sönüm ekler.
Yükler
| Kuvvet Ekle | Genlik N cinsinden, bölgenin düğümlerine paylaştırılır; ağı sıklaştırmak toplam itişi değiştirmez. Kuvvet yönü bir eksendir, Zaman geçmişi ve Süre onu zamanda biçimlendirir. |
|---|---|
| Tork Ekle | Genlik N·m cinsinden, Tork ekseni etrafında; kuvvet çifti olarak kurulur, bölge eksen etrafında yayılmalıdır. |
| Basınç Ekle | Basınç Pa cinsinden bölgenin yüzeyine etkir. Basınç yönünü (yüzey normali: varsayılan) bırakırsanız her eleman kendi normalini kullanır; eksen seçilirse sabit yönlü yüzey yükü olur. Kabukta hedef Yamadır, varsayılanı (yamanın kendi normali: varsayılan). |
| Atalet Yükü Ekle | Kuvvet değil, m/s² cinsinden bir İvme: her düğüme kütlesi oranında biner, seçilecek bölge yoktur. Varsayılan, −z (aşağı: yerçekimi) yönünde 9,80665 m/s². Manevra yükü için g sayısını 9,80665 ile çarpın. |
| Sıcaklık Yükü Ekle | ΔT (gerilmesiz duruma göre), K cinsinden bir farktır; K ve °C farkının aynı sayı olması bundandır. Yön alanı yoktur; genleşme yönlerini malzemenin eksenleri belirler. Düzgün ΔT (tek sayı) ya da Alan (koordinat ifadesi) seçin. Kabukta Kalınlık gradyanı (üst − alt, yalnız kabuk) ayrı bir fiziktir: düzgün ΔT membran gerinimi, gradyan eğrilik üretir. |
Aynı parçadaki yükler süperpoze olur. Her yük ağaçta parçanın altına büyüklüğü ve birimiyle düşer.
5 · Çözmek
Simülasyon ▸ ▶ ÇÖZ, Bu sahneden ne öğrenmek istiyorsunuz? penceresini açar. Her kart yöntemini, maliyetini ve sahnenizin o soruyu cevaplayıp cevaplayamayacağını taşır. İstediğiniz kadarını işaretleyip Çöz deyin; doğru sırayla koşarlar.
| Hangi frekanslarda titreşir? | Doğal frekanslar ve mod şekilleri. Hızlı. Sahnede mod seti yoksa önceden işaretli gelir. |
| Yük altında ne kadar gerilir, ne kadar çöker? | Yer değiştirme, gerilme alanı ve mesnet tepkileri; sahnedeki yükler birlikte uygulanır. Bir yük eklenir eklenmez önceden işaretli gelir. |
| Bu ince parça burkulur mu? | Lineer özdeğer burkulması. |
| Frekansa göre nasıl cevap verir? (FRF) | Modal süperpozisyon, yani modal çözüme bağımlıdır. Mod seti yoksa önce modal adım koşar. |
Her adımın ayarlarını bana sor (gelişmiş) işaretlenirse her adım kendi penceresini açar. Tek tek çözücüler altındaki düğmeler aynı işi tam ayarla, tek tek yapar:
- Modal Çöz → Modal çözüm ayarları: Mod seti nerede bitsin (Belli sayıda mod ya da Bir frekansa kadar her mod), Eleman mertebesi ve Gerilme kipleri (düğüm gerilme tensörü). Genelde doğrusu bant istemektir. Sonuç: parça başına bir mod seti.
- Statik Çöz → Statik çözüm, tek seçenek: Gerilme (kabuk lif gerilmesi). Mesnetsiz koşmayı reddeder: rijit cisim kipleri rijitlik matrisini tekil yapar. Sonuç: Statik Analiz altında bir satır.
- Burkulma Çöz → Burkulma çözümü, tek seçenek: Kip sayısı. Hem yük hem mesnet ister. Sonuç: "frekansları" yük çarpanı λ olan bir mod seti.
- FRF Taraması… → FRF taraması: tek düğümlü bir Bölge, bir Yön, Alt frekans / Üst frekans, Nokta sayısı, Frekans dağılımı (Logaritmik ya da Doğrusal) ve Modal sönüm oranı ζ. Cevap tepeleri işaretlenmiş bir grafiktir; ağaca hiçbir şey düşmez.
Modal koşunun sessizce doğruluk kazandığı ya da kaybettiği yer eleman mertebesidir. NAFEMS FV52 kıyasında aynı 4×4×1 ağla ölçüldü: P2 tet: ikinci mertebe +%18,4, P1 tet: birinci mertebe, eğilmede kilitlenir +%67,0, HEX2: 20 düğümlü serendipity −%1,6, HEX1I: uyumsuz modlu tuğla, ucuz ve eğilmede iyi −%0,3 ve HEX1: tri-lineer tuğla, hızlı ama eğilmede kilitlenir +%13,5.
6 · Sonucu okumak
Mod setini seçtiğinizde panelde f [Hz], ζ [%] ve ışıma [dB] sütunu görünür (En gür moda göre, desibel). Sıra: ışımadan sönüğe ⇄ frekans sıralamayı değiştirir; süzme kutusu Frekans süz: 80-300, >1000, <100 ya da tek değer kabul eder. Anime et tek bir kipi geometri üzerinde oynatır, CSV tabloyu dışa aktarır.
Tablonun üstünde Çözümde kullanılan malzeme, çözümün kullandığını kaydeder; şu an atanmış olandan farklı olabilir. Sönüm: nereden geldiği, ζ'nin kip şekillerinden ve malzemenin yönlü kayıp faktörlerinden mi hesaplandığını yoksa girdiğiniz sayıdan mı alındığını söyler. Ağ yeterliliği hükmü burada da tekrarlanır.
Burkulma seti farklıdır: frekans sütunu λ [–] olur, başlık Kritik yük çarpanı: uygulanan yükün kaç katında burkulur açıklamasını taşır, panel Burkulma kipleri başlığıyla gelir ve uyarı satırında LİNEER BURKULMA: KUSURSUZ YAPI VARSAYILDI yazar. λ < 1, yapının bu yükte zaten burkulduğu demektir; negatif λ ise yükün ters yönünde burkulmadır.
Statik sonuç en büyük yer değiştirmeyi, tepe von Mises gerilmesini, toplam tepkiyi, modelin kütlesini ve çözücü kalıntısını bildirir. Tepkiyi uyguladığınız yükle karşılaştırın. FEM mod setlerinde Harmonik Yanıt (gerilme)… gerilme alanını animasyonla gösterir.
Kirişler ve kabuklar
Sahne sekmesindeki Yapı elemanları grubu, kendi geometrisini taşıyan ve tek başına çözülebilen elemanlar ekler:
- Kiriş Ekle… düğüm başına altı serbestlik dereceli Timoshenko zinciridir: Zincir noktaları, bir Kesit profili ve Bölme (zincirin HER açıklığında eleman). Bütün bir çerçeve tek kiriş nesnesidir; eğilme kipinin doğruluğu bölme sayısına dayanır.
- Kabuk Ekle… köşelerden, silindirden, koniden, küresel kalottan ya da açık dörtgen bağlantıdan MITC4 yamaları kurar; Kalınlık t ya da laminat için Katmanlar (alttan üste).
Kaynaklanacağı parça verilirse üye, noktaları düğümlere denk geldiği yerde katı ağa kaynar. Boş bırakılırsa Bağımsız kiriş/kabuk altında durur.
Ağı değiştirmeden katı modeli değiştiren iki nesne daha var. Rijit Kuplaj… bir düğüm seçimini tek bir referans noktasına bağlar: Referans nokta (boş = seçimin merkezi) ve Referansta yığılmış kütle (0 = yok). Nokta Kütle… tek düğümün yalnız üç ötelemesine Kütle bindirir; dönme ataleti ve kol boyu taşımaz.
Temas, plastisite, büyük şekil değiştirme ve hasar kapsam dışıdır. Keskin kenar kabuklarda görülür: kendi kalınlığı mertebesinde çöken ince bir plaka membran gerilmesiyle geometrik olarak katılaşır, doğrusal çözüm o rejimde çökmeyi sistematik olarak fazla okur. Kaba sınır w > t/2'dir; sonuç bunu bildirmez. Basınç yükü de yüzeyle dönmez: yön, deforme olmamış geometrinin normalidir.
Burkulma Çöz lineer özdeğer burkulmasıdır ve kusursuz yapı varsayar. Gerçek yapı kusurludur, kritik yükü bunun altındadır. Eksenel sıkışan silindirik kabukta deneyler teorik değerin kabaca 0,2 ile 0,6 katında burkulur; NASA SP-8007 tasarım eğrisi R/t'ye göre bu aralıkta bir knock-down çarpanı verir. inWaves o çarpanı uygulamaz ve bunu her sonucun yanında söyler. Burkulma sonrası davranış kapsam dışıdır.
İletim, taşınım, ışıma ve ısı kaynağı çözülmez. Sıcaklık sizden gelir, başka bir araçtan ya da ölçümden; ▶ ÇÖZ listesinde ısıl soru bulunmamasının nedeni budur. Malzeme özellikleri sıcaklıktan bağımsızdır: 600 °C'deki çelik oda sıcaklığı moduluyla okunur, hesap çökmeyi az okur. Sünme kapsam dışıdır.
NAFEMS FV52 kıyasında birinci mertebe tetrahedronlar 8×8×3 ağda +%67,0 yüksek okur. İkinci mertebe tetler +%18,4, aynı bölme sayısındaki 20 düğümlü heksahedral ağ −%1,6 okur. İnce ve eğilmede yüklü parçada eleman seçimi ağ boyutundan pahalıya patlar. İkinci mertebe elemanda kalınlık boyunca en az iki eleman gerekir.
Sıklaştırın ve yönü izleyin. Eleman boyutunu yarıya indirip yeniden çözün. Frekanslar bir sınıra doğru aşağı gitmelidir: sonlu eleman modeli rijittir, sıklaştırmak rijitliği geri alır. Oturmak yerine zıplıyorsa Yakınsama Kontrolü…'nü 3 ağ: mertebe ÖLÇÜLÜR (güvenlik çarpanı 1,25) ile koşun ve Yakınsama mertebesi p'yi teorik değeriyle karşılaştırın.
Modeli mesnetsiz çözün. Serbest-serbest modal koşu, ilk elastik kipten önce esasen sıfırda altı kip döndürmelidir. Beş çıkması ya da 40 Hz'de bir "rijit cisim" kipi, modeli bir şeyin tuttuğunu ya da ağın kopuk parçaları olduğunu gösterir.
Bir konsolun kalınlığını iki katına çıkarın. İlk eğilme frekansı t/L² ile gider; kalınlığı iki katına çıkarmak frekansı da iki katına çıkarmalıdır. 1,6 kat çıkıyorsa ağ eğilmeyi taşımıyordur: Ağ Yeterliliği raporundaki Kalınlık boyunca eleman satırına bakın.
Sıradaki: ölçüm sinyalleri ve modal test: aynı kipler, ölçülmüş hâlleriyle.