Возможности МКЭ-Ф
МКЭ-Ф — учебная программа для линейного расчёта плоских ферм и рам методом конечных элементов.
Типы элементов, расчёты, нагрузки и закрепления
| Раздел | Возможность | Ферменный элемент 112 | Рамный элемент 113 |
|---|---|---|---|
| Элементы | Расчётная модель | Плоский стержень: растяжение и сжатие. | Плоский стержень Эйлера — Бернулли: растяжение, сжатие и изгиб. |
| Элементы | Степени свободы узла | Две: перемещения ux, uy. | Три: перемещения ux, uy и поворот θz. |
| Элементы | Свойства элемента | Площадь A, модуль Юнга E, плотность ρ. | Площадь A, модуль Юнга E, плотность ρ, момент инерции сечения I. |
| Расчёты | Линейная статика | Перемещения, реакции опор, продольные силы, осевые деформации и напряжения. | Перемещения, повороты, реакции опор, концевые усилия и эпюры N, V, M. |
| Расчёты | Модальный анализ | Собственные частоты и формы колебаний без демпфирования. | Собственные частоты и формы колебаний без демпфирования. |
| Расчёты | Переходная динамика | Метод Ньюмарка: перемещения, скорости, ускорения и реакции во времени; спектр выбранного перемещения. | Метод Ньюмарка: перемещения, скорости, ускорения и реакции во времени; спектр выбранного перемещения. |
| Нагрузки | Сосредоточенные узловые силы | Компоненты Fx, Fy в глобальной системе координат. | Компоненты Fx, Fy в глобальной системе координат. |
| Нагрузки | Сосредоточенный узловой момент | Не поддерживается: у узла нет поворотной степени свободы. | Момент Mz вокруг оси, перпендикулярной плоскости модели. |
| Нагрузки | Постоянная статическая нагрузка, тип 10 | Узловые силы. | Узловые силы и моменты. |
| Нагрузки | Равномерная распределённая нагрузка, тип 20 | Не поддерживается. | Только статика: компоненты qx, qy в локальной или глобальной системе; интенсивность на единицу длины элемента. |
| Нагрузки | Гармоническая нагрузка, тип 11 | В динамике: узловые силы по закону F(t) = F₀ sin(2πft). | В динамике: узловые силы и моменты по синусоидальному закону. |
| Нагрузки | Одношаговый импульс, тип 12 | В динамике: узловые силы только на первом шаге t = Δt. | В динамике: узловые силы и моменты только на первом шаге t = Δt. |
| Нагрузки | Ступенчатая нагрузка, тип 13 | В динамике: постоянные узловые силы начиная с t = 0. | В динамике: постоянные узловые силы и моменты начиная с t = 0. |
| Нагрузки | Совместное действие нагрузок | Нагрузки суммируются, если их типы допустимы для выбранного расчёта. | Нагрузки суммируются; в статике можно совместно задавать узловые и распределённые нагрузки. |
| Закрепления | Тип 1 — полное закрепление узла | ux = uy = 0. | Жёсткая заделка: ux = uy = θz = 0. |
| Закрепления | Тип 2 — разрешено перемещение по X | uy = 0; ux свободно. | uy = θz = 0; ux свободно. |
| Закрепления | Тип 3 — разрешено перемещение по Y | ux = 0; uy свободно. | ux = θz = 0; uy свободно. |
| Закрепления | Тип 4 — закреплены оба перемещения | ux = uy = 0; совпадает с типом 1. | Шарнирно-неподвижная опора: ux = uy = 0; поворот θz свободен. |
| Закрепления | Ненулевые заданные перемещения и повороты | Не поддерживаются. | Не поддерживаются. |
Обозначения и ограничения
Обозначения: X и Y — глобальные оси в плоскости модели; θz — поворот узла; N — продольная сила; V — поперечная сила; M — изгибающий момент. Свободная степень свободы означает, что перемещение или поворот не заданы опорой и определяются из расчёта; это не означает движения без упругого сопротивления.
Особенности нагрузок: в модальном анализе нагрузки не задаются. В переходном расчёте тип 10 также трактуется как одношаговый импульс, а не как постоянная нагрузка; для постоянного воздействия используется тип 13. Собственный вес автоматически не добавляется.
Границы применения: типы 112 и 113 нельзя смешивать в одной модели. Расчёт линейный, для малых перемещений и линейно-упругого материала. Не учитываются пластичность, геометрическая нелинейность и демпфирование; рамный элемент не учитывает деформацию сдвига. Распределённые нагрузки поддерживаются только равномерные, только на рамных элементах и только в статике. У рамных опор типов 2 и 3 поворот закреплён: это не обычные шарнирно-подвижные опоры.
Форматы записей приведены в главе «Формат входного файла», правила задания нагрузок — в главе «Граничные условия и нагрузки».
MPC
Реализованы семь рамных масок закреплений, три уникальные ферменные комбинации и однородные линейные MPC во всех трёх анализах. Доступны редактор связей, помощник «узел на оси», раздельные силы SPC/MPC и экспорт v3. Концевые освобождения Mz доступны во всех анализах с JSON v4. Ненулевые заданные перемещения и полное исследование NAFEMS остаются отдельными задачами.
Подробное описание MPC · JSON v3 · CaseMPCFrame.txt · CaseMPCTruss.txt