3.6.12: 壳体上的线结果 (Line Results on Shells)

壳体上的线结果 (Line Results on Shells)

该运算器是一个多元运算器，可以生成力流线、等值线、主力矩线和应力线。

壳体上的力流线 (Force Flow Lines on Shells)

图3.6.12.1：三角形壳体元件组成的悬臂：水平方向上的力流线。

力流（FF）线或荷载路径（有时这样命名）图解说明了结构中的荷载分布[11]。流体力学中的力流线和流线之间存在一个松散的类比：流体力学中的质量守恒定律与在指定方向上的静态平衡条件相匹配。如果有两条力流线，则它们在预定方向上的合力保持恒定。例如，图3.6.12.1中的悬臂，红线表示水平方向的力流线。在支撑件处，力流线在上侧和下侧几乎水平延伸，在此处，源自支撑件的法向应力达到最大，从而主导合力。它们逐渐向下弯曲至剪力构成唯一水平力的中性轴 。

除了产生漂亮的流线图外，这些力流线也有其实用价值[11]：

• 力流线在结构的无效部分（相对于给定的力方向）形成涡流，或使其反转方向。

• 如果用户想使用线性元素（例如：纤维）来增强结构，将其与力流线对齐可以获得最有效的布局。

力流线与主应力线不同，因为后者缺乏相邻线之间恒定力的特性。

“Shell Force Flow Lines（壳体力流线）”运算器允许用户在壳体任意点上创建力流线（如图3.6.12.1）。所考虑的荷载工况是在最近的上游“ModelView（模型视图）”运算器中定义的荷载工况。

这里共有七个输入端口：

"Model（模型视图）"	需要从中创建力流线的模型。默认情况下，所有工况的结果都与因子“1”叠加。使用“ModelView（模型视图）”运算器选择特定的工况或者是施加“1”以外的其他荷载因子。
"Layer"	在弯曲的情况下，壳体的应力状态及力流线会随横截面高度变化。数值“-1”表示外壳体表面的一侧，“1”表示另一侧，中轴为“0”。其默认值为“0”。
"ForceDirs"	需要定义力方向的向量或是向量列表。该方向投影在每个元件上以定义局部力流向。垂直于“ForceDir”向量的元件将被忽略。可为不同区域定义多个这样的方向。
"ForceDirPos"	可以为“ForceDirs”中的每个矢量定义一个位置。壳体任意点上力的方向对应最接近“ForceDirPos”的“ForceDir”向量。
"Source"	在外壳上定义力流线的起点。用户可将壳体上或壳体附近的点馈入该端口。也可以使用与壳体相交的线。如果有多个交叉点，则将有相同数量的力流线。
"Seg-L"	所得力流线段的预期长度。默认为0.5 m。负值表示将仅绘制INT(abs(Seg-L))线段。
"dA"	通过设置该参数可以确定力流线的精度：这是力流线与相邻线之间的最大微分角。如果该标准产生若干长度小于“Seg-L”的片段，则将它们连接在一起后发送到输出端口“Line”。默认情况下，其值设置为5°。
"theta"	在这里，用户可以定义力流线和“Line”输出端口上输出的那些线之间的角度。角度以度为单位，其默认值为零。

“ShellFFlow（壳体流）”运算器的输出由排列在数据树中的线组成。最右侧维度包含每个流路径的分支：如在同一平面上，会有两个源于给定交点的分支。如果是T型壳体拓扑，则该数目可增加到三个或更大。

壳体上的等值线 (Isolines on Shells)

“Isolines on Shells（壳体上的等值线）”组件允许用户做两件事情：首先，在壳体上绘制等高线，以连接主应力、主力矩、利用率、合成位移或是壳体厚度相等的点（如图3.6.12.2）。其次，是对壳体上任意点结果的查询。

图3.6.12.2：悬臂上相等的第二主应力线。

输入端口“Model（模型）”、“Layer（层）”和“Seg-L”的含义与“Force Flow Lines on Shells（壳体上的力流线）”运算器中的含义相同（请参阅第3.6.12节）。就在结构上放置等值线而言，输入“Vals|Pts|Lines”可以提供以下选项：

"Vals"	如果提供了数字列表，则将创建这些级别上的等值线。请参阅要使用物理单元输入端口的上下文帮助。例如，用户可以在从列表中删除第一项和最后一项后，使用“ShellView（壳体视图）”运算器的“Legend T”输出。
"Pts"	等值线将从壳体上给定点的最近投影开始。
"Lines"	给定线和壳体的交点将用作等值线的种子。

可以通过将“ModelView（模型视图）”运算器接入运算定义中的“Isolines on Shells（壳体等值线）”运算器的前面来设置需要检测的荷载工况以及荷载工况因子。默认情况下，所有荷载工况均使用单位荷载因子叠加。

等高线是每个壳体元件中的直线。这可能会导致生成略微粗糙的折线。将“Smooth（使光滑）”输入端口设置为“True”可以使其趋于平滑。这样，“Line（线）”输出端口将反馈样条曲线，而不是线形曲线列表。它们是通过将计算出的等值点作为控制点而得出的。对于弯曲的壳体几何形体，其缺点是这些样条曲线无法精确地停留在壳体表面之上。这有可能会导致用户很难尝试将这些不同组的线相交。

在“property（属性）”子菜单中，用户可以选择要显示的结果值：第一或第二主应力（“Sig1”、“Sig2”）、第一或第二主弯矩（“m1”、“m2”）、“利用率 （Util）”）、“合成位移（Disp）”或“壳体厚度（Thick）”。

“Lines（线）”输出数据结构与“Force Flow Lines on Shells（壳体上的力流线）”运算器数据结构相对应。输出端口“Value（值）”中的每个数字对应“Lines（线）”输出中的一条等值线。

壳体上的主力矩线 (Principal Moment Lines on Shells)

工作模式类似“Principal Stress Lines on Shells（壳上的主应力线）”运算器（请参阅第3.6.12节）。只是其反馈出的结果不是主应力线，而是主力矩线。

壳体上的主应力线 (Principal Stress Lines on Shells)

图3.6.12.3：主应力线：它们与第一和第二主应力方向相切。着色反映了材料利用率的水平。

主应力（PS）线与主应力方向相切（如图3.6.12.3）。如果是悬臂，它们要么与自由边界平行，要么与其形成直角。在中间部位，弯曲导致的法向应力消失，第一和第二主应力线与中轴相交成45°。

“Principal Stress Lines on Shells（壳体上的主应力线）”运算器输入端口的含义与“Force Flow Lines on Shells（壳体上的力流线）” 运算器的含义相同（详细信息请参见第3.6.12节）。在输出端，“Lines1”和“Lines2”保存数据树中的第一、二条主应力线：最右侧维度所包含的线列表代表部分PS线。每条线通常有两个部分，从起点的任一侧开始。更复杂的拓扑可包含两个以上的部分。这些部分从右侧填充第二维度。