¶ Описание
Midas GTS NX - программа для моделирования методом конечных элементов специализированная на геотехнических расчетах. Является доработанной версией FEA NX - программой для расчета конструкций мостов и зданий. Компания основана в 2000 в Южной Корее.
¶ Гайд по работе [1]
При создании нового файла необходимо выбрать 2D или 3D расчет вы хотите выполнить. От этого зависит какая ось будет смотреть вверх.
¶ Задание геометрии
Создавать геометрию в Midas GTS NX не удобно. Единственный формат для импорта DXF/DWG.
¶ 2D
Нужно подготовить чертеж так, чтобы в каждом пересечении линий стоял узел. Для удобной подготовки чертежа перед импортом, не странице AutoCAD приведены LISP программы для оптимизации этой работы.
Основные принципы подготовки чертежа для модели:
- Максимально сократите количество узлов, для оптимизации дальнейших расчетов.
- Не оставляйте острых углов между полилинии.
- Расширяйте границы так, чтобы внешние ограничения не влияли на изучаемую область. Точное расстояние может варьироваться, но обычный подход заключается в том, чтобы увеличить границу в несколько раз по сравнению с размером основной зоны интереса, в зависимости от диапазона влияния изучаемых явлений.
- Границы модели должны быть вертикальные по краям и горизонтальные снизу. Так будет проще работать с моделью. Также все элементы относящиеся к расширению модели стоит задавать минимальным количеством линий без дополнительных узлов.
После загрузки геометрии, перейдите в Geometry/Point&Curve/Intersect выделите все загруженные полилинии и нажмите Apply это позволит исправить оставшиеся ошибки в чертеже, если они были.
¶ Задание свойств
Свойства сеткам задаются через 2 абстракции:
- Material - отвечающий за используемую модель теории прочности
- Property - отвечающий за количество измерений, в котором будет применяться Material
Такая система нужна для моделирования различных конструкций.
¶ Material
Материалы при создании делаться на следующие группы:
- Isotropic (Изотропный)
- Orthotropic (Ортотропный)
- 2D-Equivalent
- Interface and Pile
¶ Isotropic
Для изотропных материалов возможно применение большого количества типов моделей, из которых наиболее используемые:
- Elastic
- Mohr-Coulomb
- Hoek Brown
- Generalized Hoek Brown
Вкладка General для всех типов моделей одинаковая. Задается:
- Elastic Modulus (E)
- Poisson’s Ratio (v)
- Unit Weight (y)
- Ko
- Damping Ratio
- Cohesion
- Friction Angle (deg)
- Tensile Strength
¶ Mohr-Coulomb
- Cohesion
- Friction Angle (deg)
- Tensile Strength
- Dilatancy Angle (deg)
- Tension Cut-off
¶ Property
Свойства при делаться на:
- 1D
- 3D
- 3D
- Other
¶ 2D
¶ Plane Strane
Присваивается материал, система координат, применяема к материалу и цвет.
¶ Создание сеток (Mesh)
Перед созданием сеток желательно, чтобы свойства уже были созданы, иначе создастся безымянное свойство.
Удобно создавать свое “стандартное” свойство с белым цветом, чтобы ускорить работу при создании сеток.
¶ 2D
¶ Контроль размера сетки
Перед созданием самой сетки, задайте размеры элементов, которые будут примыкать к границам отрезков.
Mesh/Control/Size Ctrl. в окне инструмента вкладка Edge, метод задания Interval Length
- Выбираете все элементы в зоне интереса и задаете им минимальный размер, тот который будет достаточен для получения искомой информации. (обычно 1)
- Выбираете границы модели и задаем им размер в 10-25% всей ширины модели. (обычно 100)
- Если у вас остались границы не большом отдалении от зоны интереса, то задайте небольшое укрупнение размера элементов, относительно зоны интереса (при достаточном расстоянии 10)
- Переключаемся на метод
Linear Grading (Length)и задаем градиент от зоны интереса до границ модели
Примерная структура задания размеров сетка показана на рисунке ниже.
Красные точки - Size Control. Самих сеток, как на картинке, на этом этапе еще быть не должно
¶ Создание сетки
После задания контроля размера сетки, необходимо создать саму сетку Generate/2D. Наиболее оптимальный способ находится на вкладке Auto-Area.
Необходимо:
- выделить все отрезки в модели
- выбрать размер создаваемой сетки (если Size Control задан правильно, то есть полностью заданы все границы во внешней области, то стоит выбрать значение чуть больше заданного в зоне интереса)
- Выбрать типа материала (Как говорилось ранее стандартный белый)
- В дополнительных параметрах (
>>) можно выбрать форму элементов, метод создания сетки, параметры градиента изменения размера сетки и другие дополнительные параметры. - Нажать на кнопку
Apply
Если в модели есть замкнутые фигуры, которые не касаются остальной модели, они могут не заполнится сеткой. В этом случае необходимо выделить только границы этих фигур и повторить построение.
¶ Присвоение свойств
Выбираем инструмент Mesh/Element/Parameters и переходив во вкладку 2D.
Сверху, в области чертежа, есть две выпадающие панели, которые будут выбраны как Element (T) и 2D Elem - это тип выбираемых объектов. Чтобы выделить все все область, а не один элемент вместо Element (T) выбираем Basic.
Выбираем все нужные области, выбираем для них свойство и нажимаем Apply. Повторить для задания всех свойств.
¶ Объединение сеток
Сверху, в области чертежа, в правой выпадающий панели выберите Mesh Set (M). Выберите все сетки, которые будут в модели использоваться одновременно, нажмите ПКМ и нажмите Merge. Большое количество сеток не удобно использовать при создании расчетного случая, так что то можно объединить сетки на “выемка” и “массив”.
Также удобнее работать с переименованными сеткам. Выбираете сетку в модели, находите выделенную строку в боковом меню, в группе Mesh, нажимаете f2 и переименовываете.
¶ Задание ограничений и нагрузок
При создании любых видов нагрузок или ограничений, задавайте свои уникальные имена для Boundary или Load Set (самая нижняя строка для всех меню созданий), так вы сможете больше контролировать расчеты при задании стадий расчетов.
¶ Граничные условия
‘Static/Slope Analysis’/Boundary/Constraint
Есть несколько видов задания граничных условий
¶ Auto
Автоматически находит крайние границы сонаправленные с осями и закрепляет их:
- Боковые границы закрепляет по оси Х
- Нижнюю границу закрепляет по оси X и Y (считается, что так не правильно делать, но при достаточном отделении границ модели это не влияет на расчет в статике)
¶ Advanced
Выбираем тип элемента (нода или грань) и задаем для нее закрепление на смещение (Tx,Ty,Tz) или крученеие (Rx,Ry,Rz)
Правильно задавать:
- Боковые границы закрепляет по оси Х
- Нижняя граница по оси Y
- Нижний левый и правый угол (угловые ноды) по X и Y
¶ Влияние гравиации
‘Static/Slope Analysis’/Load/Self Waight
Задаете название и Load Set и нажимаете OK
¶ Создание стадийного расчета
В боковой панели переходите во кладку Analysis, Stage Set, ПКМ, Add Construction Set. Вводите имя (желательно на латинице, случаются проблемы с путями) и нажимаете Add
На первой стадии моделируется состояние массива до вмешивания человека. Добавляются все сетки, закрепление и гравитация. Ставится галочка на Clear Displacement, что измерять оценивать смещения, только от деятельности человека.
На следующих стадиях убираются или добавляются сетки, отвечающий я отработку или засыпку или моделируются динамические нагрузки.
Как сформируете стадии, можно создавать расчетный случай. На той же вкладке Analysis Case, ПКМ, Add
В строке Solution Type выбираете Construction Stages, становится доступным выбор нижней строки Construction Stage Set, выбираете созданный сет стадий. Название также лучше задавать на латинице. В Output Control добавьте Strain, для возможности более полного анализа
¶ Анализ результатов
¶ Варианты отображения результатов
¶ Displacements (Смещения)
- TOTAL TRANSLATION (V) - Общее перемещение. Важно для оценки общей деформации конструкции.
- TX TRANSLATION (V) - Перемещение по оси X.
- TY TRANSLATION (V) - Перемещение по оси Y.
- TZ TRANSLATION (V) - Перемещение по оси Z.
- TXY TRANSLATION (V) - Плоское перемещение в плоскости XY.
- TYZ TRANSLATION (V) - Плоское перемещение в плоскости YZ.
- TZX TRANSLATION (V) - Плоское перемещение в плоскости ZX.
- TOTAL ROTATION (V) - Общее вращение (суммарный вектор вращения).
- RX ROTATION (V) - Вращение вокруг оси X.
- RY ROTATION (V) - Вращение вокруг оси Y.
- RZ ROTATION (V) - Вращение вокруг оси Z.
¶ Plane Strain Stresses (Напряжения в условиях плоской деформации)
- S-XX TOTAL - Общее напряжение в направлении X.
- S-YY TOTAL - Общее напряжение в направлении Y.
- S-ZZ TOTAL - Общее напряжение в направлении Z.
- S-XX - Напряжение в направлении X.
- S-YY - Напряжение в направлении Y.
- S-ZZ - Напряжение в направлении Z.
- S-XY - Касательное напряжение в плоскости XY.
- PORE STRESS - Поровое давление (напряжение в порах).
- EXCESSIVE PORE STRESS - Избыточное поровое давление.
- S-MAJOR PRINCIPAL (V) - Главное максимальное напряжение.
- S-MINOR PRINCIPAL (V) - Главное минимальное напряжение.
- S-VON MISES - Эквивалентное напряжение по Мизесу.
- S-MAX SHEAR - Максимальное касательное напряжение.
- MEAN EFFECTIVE PRESSURE - Среднее эффективное давление.
- MEAN TOTAL PRESSURE - Среднее полное давление.
- SAFEW FACTOR - Коэффициент запаса прочности.
- S-EQUIVALENT - Эквивалентное напряжение.
- PLASTIC STATUS - Статус пластической деформации.
¶ Plane Strain Strains (Деформации в условиях плоской деформации)
- E-XX - Нормальная деформация в направлении X.
- E-YY - Нормальная деформация в направлении Y.
- E-XY - Касательная деформация в плоскости XY.
- E-MAJOR PRINCIPAL (V) - Главное максимальное деформирование.
- E-MINOR PRINCIPAL (V) - Главное минимальное деформирование.
- E-VON MISES - Эквивалентная деформация по Мизесу.
- E-MAX SHEAR - Максимальная касательная деформация.
- E-VOLUMETRIC - Объемная деформация.
- E-DEVIATORIC - Девиаторная деформация.
- E-EFFECTIVE PLASTIC - Эффективная пластическая деформация.
- E-EQUIVALENT - Эквивалентная деформация.