structuralBoundaryLoad
Задайте краевые нагрузки для несущей модели
Синтаксис
Описание
structuralBoundaryLoad( задает поверхностную тягу, давление и поступательную жесткость на контуре типа structuralmodel,RegionType,RegionID,'SurfaceTraction',STval,'Pressure',Pval,'TranslationalStiffness',TSval)RegionType с RegionID Идентификационные номера.
Поверхностная тяга определяется как распределенные нормальные и тангенциальные силы, действующие на контур, разрешенные по глобальной Декартовой системе координат.
Давление должно быть задано в направлении, перпендикулярном контуру. В контур действует положительное значение давления (для примера, сжатия). Значение отрицательного давления действует от контура (для примера, всасывания).
Поступательная жесткость является распределенной жесткостью пружины для каждого поступательного направления. Поступательная жесткость используется для моделирования упругого фундамента.
structuralBoundaryLoad не требует, чтобы вы задавали все три граничные нагрузки. В зависимости от задачи структурного анализа можно задать одну или несколько граничных нагрузок, выбрав соответствующие аргументы и опуская другие. Можно задать поступательную жесткость для любой несущей модели. Чтобы задать давление или поверхностную тягу, structuralmodel должна быть статической, переходной или частотная характеристика моделью. Структурные модели для модального анализа не могут иметь давление или поверхностную тягу.
Граничная нагрузка по умолчанию является граничным условием без напряжения.
structuralBoundaryLoad( задает концентрированную силу в вершине с structuralmodel,'Vertex',VertexID,'Force',Fval)VertexID номер. Задать силу можно только в том случае, если structuralmodel является статической, переходной или частотная характеристика моделью. Структурные модели для модального анализа не могут иметь концентрированную силу.
structuralBoundaryLoad(___,'Vectorized','on') использует векторизованное вычисление функции, когда вы передаете указатель на функцию в качестве аргумента. Если указатель на функцию вычисляется векторизированным образом, то использование этого аргумента экономит время. См. Векторизация. Для получения дополнительной информации об этой оценке см. «Неконстантные граничные условия».
Используйте этот синтаксис с любыми входными параметрами из предыдущих синтаксисов.
structuralBoundaryLoad(___,'Pressure', позволяет вам задать форму и длительность неконстантного импульса давления и гармонического возбуждения для переходной структурной модели, не создавая указателя на функцию. При использовании этого синтаксиса необходимо задать модель, тип области и идентификатор области и давление. Поверхностная тяга и поступательная жесткость являются необязательными аргументами. Этот синтаксис не работает для статических, модального анализа и моделей частотной характеристики.Pval,Name,Value)
structuralBoundaryLoad( позволяет вам задать форму и длительность неконстантной концентрированной силы и гармонического возбуждения для переходной структурной модели, не создавая указателя на функцию.structuralmodel,'Vertex',VertexID,'Force',Fval,Name,Value)
boundaryLoad = structuralBoundaryLoad(___)
Примеры
Применить фиксированные контуры и задать поверхностную тягу
Применить фиксированные контуры и тягу на двух концах биметаллического кабеля.
Создайте несущую модель.
structuralModel = createpde('structural','static-solid');
Создайте вложенные цилиндры, чтобы смоделировать биметаллический кабель.
gm = multicylinder([0.01,0.015],0.05);
Присвойте геометрию несущей модели и постройте график геометрии.
structuralModel.Geometry = gm; pdegplot(structuralModel,'CellLabels','on','FaceLabels','on','FaceAlpha',0.4)
Для каждого металла задайте модуль Юнга и отношение Пуассона.
structuralProperties(structuralModel,'Cell',1,'YoungsModulus',110E9, ... 'PoissonsRatio',0.28); structuralProperties(structuralModel,'Cell',2,'YoungsModulus',210E9, ... 'PoissonsRatio',0.3);
Задайте, что грани 1 и 4 являются фиксированными контурами.
structuralBC(structuralModel,'Face',[1,4],'Constraint','fixed')
ans =
StructuralBC with properties:
RegionType: 'Face'
RegionID: [1 4]
Vectorized: 'off'
Boundary Constraints and Enforced Displacements
Displacement: []
XDisplacement: []
YDisplacement: []
ZDisplacement: []
Constraint: "fixed"
Radius: []
Reference: []
Boundary Loads
Force: []
SurfaceTraction: []
Pressure: []
TranslationalStiffness: []
Задайте поверхностную тягу для граней 2 и 5.
structuralBoundaryLoad(structuralModel,'Face',[2,5],'SurfaceTraction',[0;0;100])
ans =
StructuralBC with properties:
RegionType: 'Face'
RegionID: [2 5]
Vectorized: 'off'
Boundary Constraints and Enforced Displacements
Displacement: []
XDisplacement: []
YDisplacement: []
ZDisplacement: []
Constraint: []
Radius: []
Reference: []
Boundary Loads
Force: []
SurfaceTraction: [3x1 double]
Pressure: []
TranslationalStiffness: []
Задайте поступательную жесткость
Создайте несущую модель.
structuralModel = createpde('structural','static-solid');
Создайте блок геометрию.
gm = multicuboid(20,10,5);
Присвойте геометрию несущей модели и постройте график геометрии.
structuralModel.Geometry = gm; pdegplot(structuralModel,'FaceLabels','on','FaceAlpha',0.5)
Задайте модуль Юнга и коэффициент Пуассона.
structuralProperties(structuralModel,'YoungsModulus',30, ... 'PoissonsRatio',0.3);
Нижняя грань блока опирается на упругий фундамент (пружину). Чтобы смоделировать это основание, задайте поступательную жесткость.
structuralBoundaryLoad(structuralModel,'Face',1,'TranslationalStiffness',[0;0;30])
ans =
StructuralBC with properties:
RegionType: 'Face'
RegionID: 1
Vectorized: 'off'
Boundary Constraints and Enforced Displacements
Displacement: []
XDisplacement: []
YDisplacement: []
ZDisplacement: []
Constraint: []
Radius: []
Reference: []
Boundary Loads
Force: []
SurfaceTraction: []
Pressure: []
TranslationalStiffness: [3x1 double]
Применение концентрированной силы в точке
Задайте значение силы в вершине геометрии.
Создайте несущую модель для статического анализа твердотельной (3-D) задачи.
model = createpde('structural','static-solid');
Создайте геометрию, которая состоит из двух кубоидов, сложенных друг на верхнюю часть друг друга.
gm = multicuboid(0.2,0.01,[0.01 0.01],'Zoffset',[0 0.01]);Включите геометрию в несущую модель.
model.Geometry = gm;
Постройте график геометрии и отобразите метки граней. Поверните геометрию так, чтобы вы могли видеть метки граней с левой стороны.
figure pdegplot(model,'FaceLabels','on'); view([-67 5])
Постройте график геометрии и отобразите метки вершин. Поверните геометрию так, чтобы вы могли видеть метки вершин с правой стороны.
figure pdegplot(model,'VertexLabels','on','FaceAlpha',0.5) xlim([-0.01 0.1]) zlim([-0.01 0.02]) view([60 5])
Задайте модуль Юнга, отношение Пуассона и массовую плотность материала.
structuralProperties(model,'YoungsModulus',201E9,'PoissonsRatio',0.3);
Задайте, что грани 5 и 10 являются фиксированными контурами.
structuralBC(model,'Face',[5 10],'Constraint','fixed');
Задайте концентрированную силу в вершине 6.
structuralBoundaryLoad(model,'Vertex',6,'Force',[0;10^4;0])
ans =
StructuralBC with properties:
RegionType: 'Vertex'
RegionID: 6
Vectorized: 'off'
Boundary Constraints and Enforced Displacements
Displacement: []
XDisplacement: []
YDisplacement: []
ZDisplacement: []
Constraint: []
Radius: []
Reference: []
Boundary Loads
Force: [3x1 double]
SurfaceTraction: []
Pressure: []
TranslationalStiffness: []
Задайте давление для модели частотной характеристики
Используйте указатель на функцию, чтобы задать частотно-зависимое давление для модели частотной характеристики.
Создайте модель частотной характеристики для 3-D задачи.
fmodel = createpde('structural','frequency-solid');
Импортируйте и постройте график геометрии.
importGeometry(fmodel,'TuningFork.stl'); figure pdegplot(fmodel,'FaceLabels','on')
Задайте загрузку давлением на стойку (грань 11) как короткий прямоугольный импульс давления. В частотный диапазон этот импульс давления является модулем нагрузкой, равномерно распределенной по всем частотам.
structuralBoundaryLoad(fmodel,'Face',11,'Pressure',1);
Теперь задайте частотно-зависимую нагрузку давления, например, .
pLoad = @(location,state) exp(-(state.frequency-1E3).^2/1E5); structuralBoundaryLoad(fmodel,'Face',12,'Pressure',pLoad);
Задайте неконстантное давление для переходной модели при помощи указателя на функцию
Используйте указатель на функцию, чтобы задать гармонически изменяющееся давление в центре тонкого 3-D диска.
Создайте переходную динамическую модель для 3-D задачи.
structuralmodel = createpde('structural','transient-solid');
Создайте геометрию, состоящую из тонкой 3-D пластины с небольшой пластиной в центре. Включите геометрию в модель и постройте график.
gm = multicuboid([5,0.05],[5,0.05],0.01); structuralmodel.Geometry = gm; pdegplot(structuralmodel,'FaceLabels','on','FaceAlpha',0.5)
Увеличьте изображение, чтобы увидеть метки граней на маленькой пластине в центре.
figure pdegplot(structuralmodel,'FaceLabels','on','FaceAlpha',0.25) axis([-0.2 0.2 -0.2 0.2 -0.1 0.1])
Задайте модуль Юнга, отношение Пуассона и массовую плотность материала.
structuralProperties(structuralmodel,'YoungsModulus',210E9,... 'PoissonsRatio',0.3,... 'MassDensity',7800);
Укажите, что все грани на периферии тонкого 3-D диска являются фиксированными контурами.
structuralBC(structuralmodel,'Constraint','fixed','Face',5:8);
Приложите гармонически изменяющуюся нагрузку давления к малой грани в центре диска.
plungerLoad = @(location,state)5E7.*sin(25.*state.time); structuralBoundaryLoad(structuralmodel,'Face',12,'Pressure',plungerLoad)
ans =
StructuralBC with properties:
RegionType: 'Face'
RegionID: 12
Vectorized: 'off'
Boundary Constraints and Enforced Displacements
Displacement: []
XDisplacement: []
YDisplacement: []
ZDisplacement: []
Constraint: []
Radius: []
Reference: []
Boundary Loads
Force: []
SurfaceTraction: []
Pressure: @(location,state)5E7.*sin(25.*state.time)
TranslationalStiffness: []
Time Variation of Force, Pressure, or Enforced Displacement
StartTime: []
EndTime: []
RiseTime: []
FallTime: []
Sinusoidal Variation of Force, Pressure, or Enforced Displacement
Frequency: []
Phase: []
Применить синусоидальное давление путем определения частоты
Задайте гармонически изменяющееся давление в центре тонкого 3-D диска путем определения его частоты.
Создайте переходную динамическую модель для 3-D задачи.
structuralmodel = createpde('structural','transient-solid');
Создайте геометрию, состоящую из тонкой 3-D пластины с небольшой пластиной в центре. Включите геометрию в модель и постройте график.
gm = multicuboid([5,0.05],[5,0.05],0.01); structuralmodel.Geometry=gm; pdegplot(structuralmodel,'FaceLabels','on','FaceAlpha',0.5)
Увеличьте изображение, чтобы увидеть метки граней на маленькой пластине в центре.
figure pdegplot(structuralmodel,'FaceLabels','on','FaceAlpha',0.25) axis([-0.2 0.2 -0.2 0.2 -0.1 0.1])
Задайте модуль Юнга, отношение Пуассона и массовую плотность материала.
structuralProperties(structuralmodel,'YoungsModulus',210E9,... 'PoissonsRatio',0.3,... 'MassDensity',7800);
Укажите, что все грани на периферии тонкого 3-D диска являются фиксированными контурами.
structuralBC(structuralmodel,'Constraint','fixed','Face',5:8);
Приложите гармонически изменяющуюся нагрузку давления к малой грани в центре диска.
structuralBoundaryLoad(structuralmodel,'Face',12,'Pressure',5E7,'Frequency',25)
ans =
StructuralBC with properties:
RegionType: 'Face'
RegionID: 12
Vectorized: 'off'
Boundary Constraints and Enforced Displacements
Displacement: []
XDisplacement: []
YDisplacement: []
ZDisplacement: []
Constraint: []
Radius: []
Reference: []
Boundary Loads
Force: []
SurfaceTraction: []
Pressure: 50000000
TranslationalStiffness: []
Time Variation of Force, Pressure, or Enforced Displacement
StartTime: []
EndTime: []
RiseTime: []
FallTime: []
Sinusoidal Variation of Force, Pressure, or Enforced Displacement
Frequency: 25
Phase: []
Применение прямоугольного импульса давления к контуру
Создайте переходную несущую модель.
structuralModel = createpde('structural','transient-solid');
Импортируйте и постройте график геометрии.
importGeometry(structuralModel,'BracketWithHole.stl'); pdegplot(structuralModel,'FaceLabels','on') view(-20,10)
Задайте модуль Юнга и коэффициент Пуассона.
structuralProperties(structuralModel,'YoungsModulus',200e9, ... 'PoissonsRatio',0.3,... 'MassDensity',7800);
Задайте, что грань 4 является фиксированным контуром.
structuralBC(structuralModel,'Face',4,'Constraint','fixed');
Приложите прямоугольный импульс давления к грани 7 в направлении, нормальном к грани.
structuralBoundaryLoad(structuralModel,'Face',7,'Pressure',10^5,... 'StartTime',0.1,'EndTime',0.5)
ans =
StructuralBC with properties:
RegionType: 'Face'
RegionID: 7
Vectorized: 'off'
Boundary Constraints and Enforced Displacements
Displacement: []
XDisplacement: []
YDisplacement: []
ZDisplacement: []
Constraint: []
Radius: []
Reference: []
Boundary Loads
Force: []
SurfaceTraction: []
Pressure: 100000
TranslationalStiffness: []
Time Variation of Force, Pressure, or Enforced Displacement
StartTime: 0.1000
EndTime: 0.5000
RiseTime: []
FallTime: []
Sinusoidal Variation of Force, Pressure, or Enforced Displacement
Frequency: []
Phase: []
Применить прямоугольный импульс силы в точке
Задайте короткий импульс концентрированной силы в вершине геометрии.
Создайте несущую модель для статического анализа твердотельной (3-D) задачи.
structuralmodel = createpde('structural','transient-solid');
Создайте геометрию, которая состоит из двух кубоидов, сложенных друг на верхнюю часть друг друга.
gm = multicuboid(0.2,0.01,[0.01 0.01],'Zoffset',[0 0.01]);Включите геометрию в несущую модель.
structuralmodel.Geometry = gm;
Постройте график геометрии и отобразите метки граней. Поверните геометрию так, чтобы вы могли видеть метки граней с левой стороны.
figure pdegplot(structuralmodel,'FaceLabels','on'); view([-67 5])
Постройте график геометрии и отобразите метки вершин. Поверните геометрию так, чтобы вы могли видеть метки вершин с правой стороны.
figure pdegplot(structuralmodel,'VertexLabels','on','FaceAlpha',0.5) xlim([-0.01 0.1]) zlim([-0.01 0.02]) view([60 5])
Задайте модуль Юнга, отношение Пуассона и массовую плотность материала.
structuralProperties(structuralmodel,'YoungsModulus',201E9, ... 'PoissonsRatio',0.3, ... 'MassDensity',7800);
Задайте, что грани 5 и 10 являются фиксированными контурами.
structuralBC(structuralmodel,'Face',[5 10],'Constraint','fixed');
Задайте короткий импульс концентрированной силы в вершине 6.
structuralBoundaryLoad(structuralmodel,'Vertex',6,'Force',[0;1000;0], ... 'StartTime',1,'EndTime',1.05)
ans =
StructuralBC with properties:
RegionType: 'Vertex'
RegionID: 6
Vectorized: 'off'
Boundary Constraints and Enforced Displacements
Displacement: []
XDisplacement: []
YDisplacement: []
ZDisplacement: []
Constraint: []
Radius: []
Reference: []
Boundary Loads
Force: [3×1 double]
SurfaceTraction: []
Pressure: []
TranslationalStiffness: []
Time Variation of Force, Pressure, or Enforced Displacement
StartTime: 1
EndTime: 1.0500
RiseTime: []
FallTime: []
Sinusoidal Variation of Force, Pressure, or Enforced Displacement
Frequency: []
Phase: []
Задайте нулевое начальное перемещение и скорость.
structuralIC(structuralmodel,'Displacement',[0;0;0],'Velocity',[0;0;0])
ans =
GeometricStructuralICs with properties:
RegionType: 'Cell'
RegionID: [1 2]
InitialDisplacement: [3×1 double]
InitialVelocity: [3×1 double]
Сгенерируйте мелкий mesh.
generateMesh(structuralmodel,'Hmax',0.02);Поскольку нагрузка равна нулю для начального временного интервала и применяется только в течение короткого времени, решите модель для двух временных интервалов. Используйте первый временной интервал, чтобы найти решение перед импульсом силы.
structuralresults1 = solve(structuralmodel,0:1E-2:1);
Используйте второй временной интервал, чтобы найти решение во время и после импульса силы.
structuralIC(structuralmodel,structuralresults1)
ans =
NodalStructuralICs with properties:
InitialDisplacement: [511×3 double]
InitialVelocity: [511×3 double]
structuralresults2 = solve(structuralmodel,[1.001:0.001:1.01 1.02:1E-2:2]);
Постройте график значения смещения в узле, соответствующем вершине 6, где вы приложили импульс концентрированной силы.
loadedNd = findNodes(structuralmodel.Mesh,'region','Vertex',6); plot(structuralresults2.SolutionTimes,structuralresults2.Displacement.uy(loadedNd,:))
Входные параметры
structuralmodel - Структурная модель
StructuralModel объект
Структурная модель, заданная как StructuralModel объект. Модель содержит геометрию, сетку, структурные свойства материала, нагрузки на тело, краевые нагрузки и граничные условия.
Пример: structuralmodel = createpde('structural','transient-solid')
RegionType - Тип геометрической области
'Edge' для модели 2-D | 'Face' для модели 3-D
Тип геометрической области, заданный как 'Edge' для модели 2-D или 'Face' для модели 3-D.
Пример: structuralBoundaryLoad(structuralmodel,'Face',[2,5],'SurfaceTraction',[0,0,100])
Типы данных: char | string
RegionID - Идентификатор геометрической области
положительное целое число | вектор положительных целых чисел
Идентификатор геометрической области, заданный как положительное целое число или вектор положительных целых чисел. Поиск идентификаторов областей при помощи pdegplot.
Пример: structuralBoundaryLoad(structuralmodel,'Face',[2,5],'SurfaceTraction',[0,0,100])
Типы данных: double
VertexID - Идентификатор вершины
положительное целое число | вектор положительных целых чисел
Идентификатор вершины, заданный как положительное целое число или вектор положительных целых чисел. Найдите идентификаторы вершин, используя pdegplot.
Пример: structuralBoundaryLoad(structuralmodel,'Vertex',6,'Force',[0;10^4;0])
Типы данных: double
STval - Распределенные нормальные и тангенциальные силы на контуре
числовой вектор | указатель на функцию
Распределенные нормальные и тангенциальные силы на контуре, разрешенные по глобальной Декартовой системе координат, заданные как числовой вектор или указатель на функцию. Числовой вектор должен содержать два элемента для модели 2-D и три элемента для модели 3-D.
Функция должна вернуть матрицу с двумя строками для модели 2-D и матрицу с тремя строками для модели с 3-D. Каждый столбец матрицы должен соответствовать вектору поверхностной тяги в граничных координатах, предоставленных решателем. В случае переходного процесса или частотной характеристики, STval также может быть функцией времени или частоты, соответственно. Для получения дополнительной информации смотрите Дополнительные сведения.
Пример: structuralBoundaryLoad(structuralmodel,'Face',[2,5],'SurfaceTraction',[0;0;100])
Типы данных: double | function_handle
Pval - Давление, нормальное к контуру
число | указатель на функцию
Давление, нормальное к контуру, задается как число или указатель на функцию. В контур действует положительное давление (для примера, сжатия), в то время как отрицательное давление отходит от контура (для примера, всасывания).
Если вы задаете Pval в качестве указателя на функцию функция должна вернуть вектор-строку, где каждый столбец соответствует значению давления в координатах контуров, предоставляемых решателем. В случае переходной структурной модели Pval также может быть функцией времени. В случае структурной модели частотной характеристики, Pval может быть функцией частоты (когда задан как указатель на функцию) или постоянным давлением с той же величиной для широкого частотного спектра. Для получения дополнительной информации смотрите Дополнительные сведения.
Пример: structuralBoundaryLoad(structuralmodel,'Face',[2,5],'Pressure',10^5)
Типы данных: double | function_handle
TSval - Распределенная жесткость пружины
числовой вектор | указатель на функцию
Распределенная жесткость пружины для каждого поступательного направления, используемого для моделирования упругого фундамента, заданная как числовой вектор или указатель на функцию. Числовой вектор должен содержать два элемента для модели 2-D и три элемента для модели 3-D. Пользовательская функция должна вернуть матрицу с двумя строками для модели 2-D и матрицу с тремя строками для модели с 3-D. Каждый столбец этой матрицы соответствует вектору жесткости в граничных координатах, предоставленных решателем. В случае переходного процесса или частотной характеристики, TSval также может быть функцией времени или частоты, соответственно. Для получения дополнительной информации смотрите Дополнительные сведения.
Пример: structuralBoundaryLoad(structuralmodel,'Edge',[2,5],'TranslationalStiffness',[0;5500])
Типы данных: double | function_handle
Fval - Концентрированная сила
числовой вектор | указатель на функцию
Концентрированная сила в вершине, заданная как числовой вектор или указатель на функцию. Используйте указатель на функцию, чтобы задать концентрированную силу, которая зависит от времени или частоты. Для получения дополнительной информации смотрите Дополнительные сведения.
Пример: structuralBoundaryLoad(structuralmodel,'Vertex',5,'Force',[0;0;10])
Типы данных: double | function_handle
Аргументы в виде пар имя-значение
structuralBoundaryLoad(structuralmodel,'Face',[2,5],'Pressure',10^5,'RiseTime',0.5,'FallTime',0.5,'EndTime',3)Используйте один или несколько аргументы пары "имя-значение", чтобы задать форму и длительность импульса давления или концентрированной силы и гармонического возбуждения только для переходной структурной модели. Задайте давление или значение силы, используя Pval или Fval аргумент, соответственно.
Можно смоделировать прямоугольный, треугольный и трапеций давления или импульсов концентрированной силы. Если время запуска 0, можно опустить указание на него.
Для прямоугольного импульса задайте время начала и конца.
Для треугольного импульса задайте время начала и любое два из следующих раз: время нарастания, время спада и время окончания. Можно также задать все три раза, но они должны быть последовательными.
Для трапециевидного импульса задайте все четыре раза.
Можно смоделировать гармоническое давление или концентрированную силовую нагрузку путем определения ее частоты и начальной фазы. Если начальная фаза равна 0, можно опустить указание на нее.
Выходные аргументы
Подробнее о
См. также
structuralBC | Свойства StructuralBC | structuralBodyLoad | structuralDamping | StructuralModel | structuralProperties