Объемные конечные элементы (5.4). (Рис)

5.4.Объемные конечные элементы

Наиболее распространенными формами объемных (или сплошных) конечных элементов являются четырехузловой тетраэдр и восьмиузловой гексаэдр (Рис.5.4 и Рис.5.5)

Рис.5.4.   Четырехузловой конечный элемент в виде тетраэдра.

Рис.5.5.     Восьмиузловой конечный элемент в виде гексаэдра.

С точки зрения точности расчета наилучшей будет модель, подвергнутая разбиению на восьмиузловые конечные элементы. Но погрешность вычислений при применении четырехузловых конечных элементов укладывается в пределы основной точности расчетов. В редакторе трехмерных моделей АРМ Studio предусмотрено разбиение на четырехузловые элементы, т.е на тетраэдры.

С помощью объемных элементов моделируется конструкция имеющая соизмеримые размеры по различным координатам, т.е. которые не могут быть описаны стержневыми и пластинчатыми конечными элементами.

Каждый узел объемного конечного элемента обладает только тремя поступательными степенями свободы, вращательные степени свободы отсутствуют.

Поскольку узлы объемных конечных элементов имеют три степени свободы, то их можно рассматривать как сферические шарниры, которые сводят к нулю все приложенные внешние моменты. Значит, каждый конечный элемент передает соседним только усилия и перемещения, но не момент поворота.

Если возникает необходимость в приложении внешних моментов, то их можно задавать в виде некоторой пары сил, линии действия которых проходят через узлы конечных элементов.

Эту же особенность узлов объемных конечных элементов нужно учитывать при организации соединения объемных конечных элементов со стержневыми или пластинчатыми.

Довольно важным является вопрос о выборе тех или иных типов конечных элементов при моделировании конструкции. Часто бывает, что одна и та же конструкция может быть смоделирована различными типами элементов, например, и пластинчатыми и объемными. Если моделируемый объект достаточно «толстый», то в этом случае от использования объемных конечных элементов можно ожидать большей точности.

С другой стороны, моделирование «тонкого» объекта пластинчатыми элементами позволит повысить точность расчета за счет того, что узлы пластины имеют шесть степеней свободы против трех в объемных элементах. Дать однозначный ответ, какие типы элементов предпочтительнее использовать в каждом конкретном случае, затруднительно, да и критерии такой оптимизации могут быть различными. Окончательный выбор за пользователем и зависит от его квалификации, опыта и интуиции.

Друзья! Приглашаем вас к обсуждению. Если у вас есть своё мнение, напишите нам в комментарии.