89. Геометрически изменяемая система (ГИС). Дополнительно: максимальная невязка в узле / неверен список координат

Данные ошибки возникают в протоколе расчёта и останавливают расчёт.

Иногда система сама справляется с ошибкой ГИС, расчёт проходит успешно, но в протоколе об этом есть упоминание и на эту информацию необходимо обратить внимание.

ГИС

Максимальная невязка в узле

Неверен список координат

Проблема появления ГИС и максимальной невязки в узле (далее невязка) напрямую связана с некорректностью построения схемы и задания исходных данных. Поскольку не предугадать, когда будет ГИС, а когда – невязка, способы исправления невязки частично такие же как у ГИС, то пункты со звездочкой (*) подходят также для решения ошибки максимальной невязки в узле и неверного списка координат.

Коды ошибок ГИС — это условный номер степени свободы:

1 - перемещение по X;

2 - перемещение по Y;

3 - перемещение по Z;

4 - поворот вокруг X;

5 - поворот вокруг Y;

6 - поворот вокруг Z;

7 - депланация W.

Что необходимо проверить в схеме с целью исключения ошибок? Далее представлен весь обобщённый перечень из различных схем, необходимо рассмотреть только то, что подходит к Вашей схеме. Часто конкретный номер узла в протоколе расчета не связан с реальной причиной ГИС, необходимо оценивать саму схему и исходные данные комплексно:

1*. Упаковать/Расшить схему или пересечение с объединением

Возможно, требуется увеличить погрешность. Если какие-то элементы схемы могут свободно перемещаться в модели и не связаны с основным каркасом общими узлами, то программа при расчёте выдаст ГИС. Либо свободные узлы выдают такую ошибку, которые удаляются через упаковку.

В схеме могут присутствовать элементы, которые пересекают плоскость других конечных элементов (КЭ), узлы при этом находятся практически в одном месте с узлами других КЭ. Упаковать/Расшить такие элементы не исправляет, выделите эти узлы через фильтр и исправьте вручную. Выполнить пересечение КЭ.

2. Связи

Некорректно заданы закрепления связей в схеме, пересмотрите перемещения и возможность поворота элементов.

Если каркас закрепляется связями, то нужно проверить направление связей.

3. Шарниры

Некорректно назначены шарниры в схеме, пересмотрите политику назначения линейных перемещений и углов поворота. Проверить действительность этой ошибки можно, если удалить все шарниры в схеме и выполнить расчёт.

4. «Использовать 6 степеней свободы в КЭ оболочки»

Когда в схеме идет примыкание стержневого элемента к пластинчатым КЭ (зачастую по нормали к узлу), то необходимо включить флажок «Использовать 6 степеней свободы в КЭ оболочки» перед запуском на расчёт.

5*. Вырожденные элементы (треугольные КЭ с одним или двумя углами меньше 5°)

Чаще всего это происходит при автоматической триангуляции из архитектурных элементов в КЭ. Напряжения в этих элементах стремятся к бесконечности, при стремлении угла к 0. В таком случае необходимо выполнить предварительную триангуляцию, с помощью фильтра найти элементы с углами меньше 5° и отредактировать схему, чтобы исключить такие элементы. Если использовать упаковку (пункт 1) с очень высокой погрешностью, можно потерять элементы, на их месте могут появиться отверстия. Надёжно ручным способом:

• Команды редактирования и переноса узлов, с последующей упаковкой (пункт 1) с минимальной погрешностью (по умолчанию);

• Объединить часть КЭ в архитектурные элементы (участок) и разбить его повторно на КЭ, программа попробует по-другому перестроить сетку.

6. Обновление старых моделей с металлическими сечениями из версии 10.12

При расчёте схемы, собранной в версии 10.12, на 2026 версии может возникнуть ГИС. В таком случае требуется всем сечениям включить флажок «учитывать при расчете влияние сдвига».

7*. Упругое основание

Необходимо проверить назначение коэффициентов постели С1.

Также необходимо задать горизонтальные граничные условия,
  это может быть один из пунктов на выбор:

• касательные коэффициенты постели Сx,y

• связи (из пункта 2) с закреплением соответствующих направлений X, Y

• задание специального КЭ 56 с заданной жёсткостью.

Если задать слишком маленькое значение Pz при назначении упругого основания, то возможно появления ГИС.

8. Если Вы используете редактор грунта и у Вас ошибка в этом расчёте, у Вас нет возможности вычислить жёсткость основания, это равносильно отсутствию закрепления (как связей) и появляется ГИС в основном расчёте. Исправьте ошибки при расчёте в редакторе грунта.

9*. Назначить жёсткость одноузловым элементам/сваям.

В большинстве случаев назначение жёсткости сваям (своего рода закрепления по X,Y,Z) происходит через модуль «Грунт», но можно назначить вручную по результатам полевых испытаний. Если у Вас ошибка при отдельном расчёте в модуле «Грунт», то расчёт свай тоже не происходит, из-за этого возникает ГИС.

Если Вы подозреваете ошибку, связанную с фундаментами, рекомендуем проверить:

• Коэффициенты постели;

• Среднее давление под подошвой фундамента (Pz);

• Обязательно задать N нормативное для свай с целью вычисления осадки;

• Исправить ошибки расчета в модуле грунт;

• Повторно задать параметры упругого основания, пересчитать основание;

10. В случае с тонкостенными элементами, возможно потребуется переключить на тип задачи с учетом депланации стержней. В проколе ГИС с типом связи 7 (степень свободы).

11*. ГИС может возникать, если Вы используете специальные элементы, в которых самостоятельно задаёте жёсткость, попробуйте изменить значение на порядок в большую или меньшую сторону.

12. Объединение перемещений

Некорректно задано объединение перемещений. Пересмотреть совместную работу по Z , X , Y.

12. Если какой-то элемент конструкции соединяется через элементы малой жёсткости и за счёт этого свободно перемещается, то также может возникнуть ГИС.

13. «Максимальная невязка в узле» получается в результате стыковки элементов с очень большой разницей в жёсткости. В протоколе расчёта показаны узлы стыковки этих элементов.

Дополнительно рекомендуем проверить заданные нагрузки (и их значения), а также проверить соотношения жёсткостей элементов. Выполнить анализ модели, нагрузок, геометрии и выполнить контроль схемы.

Здесь мы обозначили перечень из самых распространенных причин появления ГИС, максимальной невязки в узле и неверного списка координат. Реальное количество причин ГИС может быть большим из-за уникальности некоторых задач, например:

I. Нелинейные геотехнические задачи. ГИС чаще всего возникает из-за неверных характеристик грунтов, неверного задания параметров интерфейсного конечного элемента, ошибки при использовании монтажных стадий и др.

II. Задачи с использование геометрической нелинейности. ГИС получается при крайне больших деформациях.

III. Задачи с использованием физической нелинейности. ГИС как правило возникает при разрушении элементов или при образовании пластических шарниров

Возможны и другие причины появления ГИС. Вы можете поделиться своими примерами ГИС и способами их решения на нашем форуме.