home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Libris Britannia 4 / science library(b).zip / science library(b) / ENGINEER / H477.ZIP / PBS.DOC < prev    next >
Text File  |  1990-12-05  |  23KB  |  522 lines

  1.                        PBS - Plate Bending Solutions
  2.  
  3.      General Introduction
  4.  
  5.      PBS is the COPAN/II module that analyzes LAMCON cross-sections 
  6.      for strength and stiffness in pure plate bending configurations.  
  7.      The edge fixity is simply supported on all four edges.   The 
  8.      plate X-Y dimensions are input by the user and should be limited 
  9.      to aspect ratios of less than 5.  PBS handles evenly distributed 
  10.      pressures which act normal to the plate surface.
  11.  
  12.      The laminate to plate orientation may be set to any angle. If an 
  13.      angle is not given, then the default value of 0 degrees is used.  
  14.      This means the 0 degree axis of the laminate runs parallel to the 
  15.      1st side of the plate.
  16.  
  17.      In addition to bending solutions, PBS Version 1.0 includes a 
  18.      buckling routine to produce a edge force density.   This value 
  19.      does not refer to face buckling on sandwich structures but rather 
  20.      general buckling of an isotropic plate.  
  21.  
  22.      PBS is supplied as a executable COM file although it can be 
  23.      called from the ACCESS menu.    To run PBS from DOS, enter BS and 
  24.      hit the <CR> key.  (Even though the module name is PBS, we have 
  25.      given it the name BS on the disk.) 
  26.  
  27.      PBS is not copy protected.  This is true even on the lower priced 
  28.      version which uses a copy-protection scheme.  This means that PBS 
  29.      can be used without having a master disk in drive A.  (for those 
  30.      of you with the less expensive model)  
  31.  
  32.         A suggestion for floppy disk users
  33.  
  34.         If  you  will  be using PBS with a single  or  dual  floppy 
  35.         system,  or  with  a lap-top machine with 3.5"  drives,  we 
  36.         suggest  that  you  set  up a virtural  RAM  disk  for  PBS 
  37.         calculations.  
  38.  
  39.         When solving the stiffness matrix, PBS will be reading the 
  40.         material file as well as making stratch calculations on 
  41.         disk.   To the user, this will be transparent as the  
  42.         disk files are erased as soon as PBS is done using them.    
  43.  
  44.         Because of this,  a floppy system may not be desireable due 
  45.         to all of the disk spinning that will take place.   Another 
  46.         disadvantage  with  the  DC powered lap-tops is that disk 
  47.         access draws quite a bit more power from the already small 
  48.         reserve.  
  49.  
  50.         A  remedy  to this situation is to set up what is called a 
  51.         virtural RAM disk.   With most machines, this can be done 
  52.         using a DOS program called VDISK.COM, which is usually 
  53.         defined in a CONFIG.SYS file.  eg DEVICE=VDISK.COM *64 
  54.       
  55.  
  56.                
  57.         The amount of memory that you reserve for the VDISK is 
  58.         based on the amount you have available.  However, if 
  59.         possible, we suggest at least 64K.   This will give you 
  60.         enough room to copy PBS and the .PRP files as well as write 
  61.         .OUT  files to it.    A batch file can be created to assist 
  62.         with this repetitive task.   If you do not know how to make 
  63.         a batch file, check out your DOS manual.
  64.  
  65.         Now, when you are running calculations, PBS will read and 
  66.         write to the virtural disk.   The operations will be 
  67.         absolutely quiet and a ton faster.   In addition to saving 
  68.         your disk drives from overload, your battery pack will allow 
  69.         you a few extra hours of COPANing. 
  70.  
  71.       
  72.      Starting-Up PBS
  73.  
  74.      Operating PBS is simple.
  75.  
  76.      You will load PBS using one of two methods.   Which one you use 
  77.      will be determined by how you are using the COPAN/II system.
  78.  
  79.                              The ACCESS Method
  80.  
  81.      After ACCESS has been loaded, move the menu pointer to PBS.  
  82.  
  83.      After positioning the pointer to PBS,  hit the <CR>.   The screen 
  84.      should  blank out for a few seconds.   The opening screen of PBS 
  85.      should then be visible.  If not, read on.
  86.  
  87.  
  88.      Troubleshooting the ACCESS System     
  89.  
  90.      For some reason, PBS does not load via ACCESS on all claimed 
  91.      compatibles.   Obviously, this is due to some of the subtle 
  92.      hardware differences between machines.   It stands to reason that 
  93.      if the ACCESS system loaded,  PBS should kick-in with no problem.  
  94.      Unfortunately, this is not always the case.   Should the DOS 
  95.      prompt appear after your PBS request from ACCESS,  reload ACCESS 
  96.      and try it a second time.   Possibly the shell partition was not 
  97.      properly reserved on the first attempt.  
  98.      
  99.      NOTE:   If you have been using your machine for other memory 
  100.      resident programs, be sure to do a three finger reboot before 
  101.      loading ACCESS.  
  102.  
  103.      If after the reboot and reload, ACCESS can still not call PBS, it 
  104.      might be safe to assume that your machine is not 100%  comptible 
  105.      with COPAN/II.   Not to worry however, you can run PBS directly 
  106.      from DOS.
  107.       
  108.  
  109.  
  110.                               Running From DOS
  111.  
  112.      If you are using the ACCESS System,  you need not bother yourself 
  113.      with the following instructions.   The exception of course is if 
  114.      you were not able to load PBS from ACCESS due to hardware 
  115.      incompatiblity problems.
  116.  
  117.      To load PBS from the DOS prompt, enter BS.  A few examples are 
  118.      given: 
  119.  
  120.               A>BS   or   B>BS   or   C>BS   or   C\COPAN>BS
  121.  
  122.      Be sure to hit the <CR> after you have typed this.
  123.  
  124.      
  125.      How to Operate PBS
  126.  
  127.      Analyzing composite plates for strength and stiffness is quick 
  128.      and easy with PBS.   The following is a list of the information 
  129.      which you must provide in order for a calculation to occur.
  130.  
  131.      1.  LAMCON file name
  132.      2.  Plate dimensions
  133.      3.  Fiber Reference Orientation (optional)
  134.      4.  Loading in a uniform pressure
  135.  
  136.  
  137.                             Using PBS keywords
  138.  
  139.      When using PBS, it will be necessary to enter specific keywords 
  140.      in order to produce the required prompts.   Each keyword is 
  141.      abbreviated with a certain number of leading characters.   For 
  142.      example, to exit, you would type EXI.   To load a laminate, you 
  143.      would key in LAM.  Upper or lower case is fine.  If you enter too 
  144.      many or not enough characters,  PBS will clear the input line and 
  145.      redisplay the happy blinker.   As a guide, all keywords are 
  146.      displayed on the 25th row of the screen with the necessary 
  147.      leading characters in UPPER case.
  148.  
  149.  
  150.                           Entering a LAMCON file
  151.  
  152.      The first order of business is to call in a LAMCON property file.
  153.  
  154.      When PBS loads, the opening screen will appear.  The screen 
  155.      format resembles PCAT and LAMCON in that a rectangular box is 
  156.      produced on top of a list of available keywords.   One noteworthy 
  157.      difference is that the keywords must be entered manually.   They 
  158.      are not assigned to the function keys.
  159.       
  160.  
  161.  
  162.      To enter a LAMCON file,  type in the keyword LAM when the happy 
  163.      blinker is visible.  This will produce the following prompt.
  164.  
  165.      Prompt 1 --->      Enter LAMCON / .PRP Laminate:
  166.  
  167.  
  168.      PBS is waiting for a the name of an existing LAMCON file.   You 
  169.      should not enter the .PRP as only .PRP files can be entered.  PBS 
  170.      will attach this file extension for you.  The reason it does not 
  171.      say --->  Enter LAMCON file:  is because PBS does not assume that 
  172.      the  file  was created with LAMCON.   It is possible for you to 
  173.      build and analyze an ASCII .PRP file without using the LAMCON 
  174.      module.  
  175.  
  176.      If you decide to cancel without entry, press the <CR> with 
  177.      nothing entered.  
  178.  
  179.      After entering a valid LAMCON file name,  PBS will read the file 
  180.      and produce a status box in the upper left hand corner of the 
  181.      screen.  This box will always be present to remind you which 
  182.      laminate file is in memory.   The information in the LAM box is 
  183.      the JOB (file name),  the total ply quantity and the overall 
  184.      laminate thickness.
  185.  
  186.      If the file shown in the LAM box is not correct,  you may type in 
  187.      LAM again and prompt 1 will be redisplayed.   It is then possible 
  188.      to load in a different LAMCON file.   If you have forgotten the 
  189.      name of the file,  you will have to exit from PBS using the EXI 
  190.      keyword.  The directory may then be reviewed from DOS or from the 
  191.      ACCESS program using the [Esc] key function.
  192.  
  193.  
  194.                          Defining Plate Dimensions
  195.  
  196.      The plate thickness will have been predefined based on your 
  197.      material selections from LAMCON.  This leaves only the length and 
  198.      width to be entered.  The units in which the X-Y values should be 
  199.      entered will be displayed just above the happy blinker.
  200.  
  201.      To activate the necessary prompt,  key in the code,  PLA from the 
  202.      happy blinker.  Don't forget the <CR>.
  203.  
  204.      Prompt 2  --->    Enter Plate Dimensions (### ###)
  205.  
  206.      Enter the values that you wish your plate to assume.   Keep in 
  207.      mind the format required here.  PBS will be expecting both values 
  208.      to be entered on the same line separated with one or more blank 
  209.      spaces.   If you should press return with only a single value 
  210.      entered, or if you forgot the blank space, PBS will let you know.
  211.       
  212.  
  213.  
  214.         A PBS Modeling Hint
  215.            
  216.         When doing a ply-by-ply stress analysis,  keep the plate 
  217.         dimensions equal, that is to say, analyze square plates.  
  218.         Using aspect ratios other greater than four, with certain 
  219.         laminate cross-sections, can sometimes produce "uncertain" 
  220.         stress results.
  221.  
  222.         For this reason, we recommend that you get in a habit of 
  223.         using square plates for stress problems.   If you are only 
  224.         concerned with laminate bending results, aspect ratios  of 
  225.         up to five produce very reliable solutions.  Ratios higher 
  226.         than five are accomodated but the theory of plates is being 
  227.         stretched a bit (No pun intended) so be careful.
  228.  
  229.  
  230.      After the plate dimensions have been entered and accepted by PBS, 
  231.      a second status box is displayed just below the LAM box.  The 
  232.      information given keeps you abreast of your plate size and the 
  233.      orientation of the laminate with respect to the plate side.
  234.  
  235.  
  236.                        Modifying the Laminate Angle
  237.  
  238.      The laminate angle will automatically default to a value of 0 
  239.      degrees AFTER the plate dimensions are entered.   This default 
  240.      value will be displayed in the PLA status box which is located 
  241.      about one third of the way down the left side of the screen.
  242.  
  243.      To change this 0 to a non-zero, enter the first three characters 
  244.      of the keyword ANGLE.  This will produce the following prompt:
  245.  
  246.      Prompt 3 --->   Laminate angle to first side?
  247.  
  248.      At this prompt, you should then enter a value between 0 and 90.  
  249.      This value will then be displayed in the PLA status box.
  250.  
  251.  
  252.         Why Use the Laminate ANGle?
  253.  
  254.         The ANG feature is used to orient your LAMCON cross-section 
  255.         with the plate that you are analyzing.   Remember that the 
  256.         section you constructed with LAMCON has no physical 
  257.         references with which to align the fibers.   The ANG option 
  258.         allows you to define a reference axis.
  259.  
  260. 
  261.  
  262.         Suppose you created a LAMCON file with all fibers running 
  263.         at 0 degrees.   Then, in PBS, you defined a plate with X-Y 
  264.         dimensions of 40 and 60 inches.   It is obvious that the 
  265.         alignment of the unidirectional fibers within the plate 
  266.         will have a substantial impact on the plate stiffness.   
  267.  
  268.         If the ANG option is not used when calculating this plate, 
  269.         the fibers will be aligned parallel to the short side of 
  270.         the plate.    To rotate the orientation so that the fibers 
  271.         run  perpendicular to the short side,  a ANG value of 90 
  272.         would be entered.  
  273.  
  274.         Consider this example as well.   A LAMCON file is defined 
  275.         with a series of 0/90 roving plies.    The file is then 
  276.         submitted to PBS to determine the amount of bending under a 
  277.         specific pressure.   The same laminate can now be rotated 
  278.         45 degrees within the plate to make a direct comparison to 
  279.         between the 0/90 orientation and the double bias 
  280.         configuration.  
  281.  
  282.  
  283.                           Entering a Bending Load
  284.  
  285.      The final requirement for producing PBS results is the load 
  286.      entry.  In this version, the load is always an evenly distributed 
  287.      pressure acting normal to the plate surface.   A normal force 
  288.      vector is perpendicular to the plane of the plate.
  289.  
  290.      The units in which the pressure should be entered will be 
  291.      displayed just above the happy blinker.   They will appear in  a 
  292.      reverse video format immediately after the LAMCON file is read. 
  293.  
  294.      To enter a pressure, invoke the prompt with the key code BEN LOA 
  295.      It is necessary to have a space between the BEN and the LOA
  296.  
  297.  
  298.      Prompt 4 --->     Enter a uniform pressure:
  299.  
  300.  
  301.      Any real value will be accepted.  When the entry is complete, PBS 
  302.      will display the boundary conditions (simply supported) and the 
  303.      pressure that will be applied.
  304.  
  305.       
  306.  
  307.  
  308.                  Submitting the LAMCON File for Processing
  309.  
  310.      To produce results, the file must now be submitted to PBS for 
  311.      processing.   This final task is accomplished with the following 
  312.      key code: BEN SOL.  This is an abbreviation for Bending Solution.
  313.  
  314.      After this command is entered, and if all required input data has 
  315.      been supplied,  PBS will respond with a prompt for an output file 
  316.      name.  This  is an ASCII file that PBS will use for storing the 
  317.      calculation results.  If you do not enter a name, PBS will assume 
  318.      that you do not want the output saved on disk.  In this case, all 
  319.      output will be routed to the screen; data will not be saved.
  320.  
  321.  
  322.  
  323.                            Quick Printer Summary
  324.  
  325.         If all that you require is a quick summary, the print-screen  
  326.         function  can be used AFTER the results  have  been 
  327.         written to the monitor.   A [Ctrl] [PrtSc] will send all 
  328.         text to LPT1, which is the primary parallel printer port.  
  329.  
  330.                      More Words About the Output File
  331.  
  332.      By supplying an output file name, you will be creating a type of 
  333.      outbox for all subsequent results.   Each time that you BEN SOL a 
  334.      laminate file,  PBS will ask you if you wish to add to the outbox.  
  335.      The prompt will appear as:
  336.  
  337.      Prompt 5 --->   Append output file (Y/N)?
  338.  
  339.      By pressing the <CR> without a typed response, PBS will assume 
  340.      you wish to append the outbox.   Pressing the [N] key and hitting 
  341.      the <CR> will suspend output to the file.    On the next 
  342.      calculation, the prompt will again appear.  This way, you may be 
  343.      selective with the information that is compiled to the outbox.
  344.  
  345.      With this concept, it is possible to write all information to a 
  346.      single report.   Rather than having to "search and collect"  all 
  347.      the necessary single output files, one report can be reviewed and 
  348.      acted upon.
  349.  
  350.  
  351.                           Reviewing Output Files
  352.  
  353.      The output files created with PBS are formatted  ASCII  files.  
  354.      This means that the file on disk is in the same layout as you 
  355.      would see on a 80 column sheet of paper.   The data contained by 
  356.      any PBS output file can be reviewed with either an editor or via 
  357.      a line printer.
  358.  
  359.       
  360.  
  361.  
  362.      (1)  Using a Full Screen Editor
  363.  
  364.      If you have your own favorite editor such as  WORDSTAR,  open a 
  365.      non-document file to review COPAN/II text files.  
  366.       
  367.  
  368.      (2)  Outputting Text Files to the Printer
  369.  
  370.      The output files created with PBS can be routed directly to  the 
  371.      line printer for hard copy review.   This can be done a number of 
  372.      different ways.
  373.  
  374.      The quick way out is to use the DOS function called PRINT.  The 
  375.      major disadvantage with PRINT is that COPAN/II files are not page 
  376.      formatted.  This means that a ^L character is not embedded in the 
  377.      text which causes the printer to do a form feed.   What you will 
  378.      end up with when using PRINT is your output printed across the 
  379.      form perforations.   If you must use PRINT,  you could always go 
  380.      into the text, and insert some ^L characters.  This would cause 
  381.      the printer to page feed at each occurence.   Of course, the 
  382.      better way is to use LINER.
  383.  
  384.      Using LINER to Print Text Files
  385.  
  386.      A smarter option is using the COPAN/II module called LINER.  This 
  387.      is a separate module which has been designed specifically to 
  388.      print, fully page formatted, COPAN/II text files.  This program 
  389.      can be loaded via ACCESS.    Turn to the section of this  
  390.      manual  that addresses the operation of LINER. 
  391.  
  392.  
  393.                           Summary of a .OUT File
  394.  
  395.      All of the information that is presented on the video screen is 
  396.      also written to the output file.   The disk output file also 
  397.      contains a stiffness matrix of equivalent material.   This 
  398.      information is available only when a output file is requested.
  399.  
  400.      Generally speaking, the output file consists of three parts.  The 
  401.      first section is the calculation parameters and laminate file 
  402.      details such as name, thickness,  x-y dimensions, fiber/plate 
  403.      orientation, loading and so on.
  404.  
  405.      The second section contains the matrix information.  Two matrices 
  406.      are given for each laminate cross-section.   The matrices are 
  407.      printed for the first calculation.    Then for subsequent 
  408.      calculations on the same laminate, the matrix data is not printed 
  409.      if the matrix values do not change.    For example, if a laminate 
  410.      file is calculated several times with the pressure different on 
  411.      each run, the matrix information will be printed only once.  When 
  412.      a change is made to the laminate that cause the stiffness matrix 
  413.      to be recalculated, the new values will be written.
  414. 
  415.  
  416.  
  417.      The third and final section, of each output report is the bending 
  418.      and ply stress data.  A maximum plate displacement is provided 
  419.      along with three maximum stress values per ply.
  420.  
  421.      Maximum plate deflection will occur at the middle of the plate.  
  422.      The stress information is defined as Sig-1,  Sig-2 and  SHEAR.  
  423.      The short side of the plate is sigma 1 so it follows that the in-
  424.      plane  stresses  for Sig-1 are in  that  direction.   Sigma-2  is 
  425.      obviously   the  in-plane  stresses  in  the  direction  of   the 
  426.      longitudinal  edge.   SHEAR is a little different than what you 
  427.      might expect.
  428.  
  429.      With normal plate theory,  the subject of shear stress through 
  430.      the thickness is given all too little attention.   With 
  431.      isotropics, this is no problem,  as shear strength is usually 
  432.      high enough to not cause any problems.   This is certainly not 
  433.      the case with low to medium density  plastic foam cores.   Rather 
  434.      than ignore this,  we have built in a custom routine which 
  435.      produces realistic core shear results.   This alogrithm was 
  436.      developed using a mainframe finite element processor which 
  437.      incorporated a true composite element.  By make multiple runs 
  438.      with this system,  we have calculated our own table of 
  439.      coefficients for laminated sandwich plates.  
  440. 
  441.  
  442.  
  443.      A Word to Our Wise Users
  444.  
  445.      While we are very pleased with the results,  it is not possible 
  446.      for us to say that the calculated shear values will be identical 
  447.      to the stress levels that your core may experience within any 
  448.      given structure.   We feel obligated to make this statement 
  449.      because of the inherent variability of composite constructions.  
  450.  
  451.  
  452.      The Story of a Sap
  453.  
  454.      In discussing this, it brings to mind the small story of how a 
  455.      finite element processor was given its name.   The program, known 
  456.      as SAP, was one of the early mainframe codes that gave engineers 
  457.      a real taste for full powered designs.   For many years, users 
  458.      referred to the program and, quite unfortunately, the meaning 
  459.      behind the name was forgotten.   What took its place was a not so 
  460.      clever acronym for Structural Analysis Program.
  461.  
  462.      The original meaning of SAP was just that, sap.   You know, the 
  463.      noun sap, as in without brains, idiot; your basic dumbshit.  It 
  464.      was given that name to always remind engineers that computer 
  465.      programs, especially the complex ones, are dangerous tools unless 
  466.      used by thinking - reasoning - scrutinizing humans.   This one is 
  467.      no different.   Never assume that a calculation is anything other 
  468.      than just a mathematical approximation.    What you can assume 
  469.      quite confidently,  is that error always exists and its your job, 
  470.      as the responsible technician, to determine if the amount of 
  471.      error is acceptable.
  472.       
  473.  
  474.  
  475.                     COPAN/II Plate Bending Benchmark
  476.       
  477.      In order to verity that PBS is producing reliable results,  a 
  478.      benchmark calculation can be run using the following plate 
  479.      bending problem: 
  480.  
  481.      Plate dimensions:   78.771" x 78.771"   (2000mm  x  2000mm)
  482.         
  483.      Thickness       :   .4726"              (12mm)
  484.  
  485.      Plate Stiffness :   3.04 E+07           (21,000 daN/mm^2)
  486.       
  487.      Poisson ratio   :   .30
  488.  
  489.      Uniform Pressure:   .29 lbf/in^2        (200 daN/M^2)
  490.  
  491.      Edge Fixity     :   Simply Supported
  492.  
  493.  
  494.      The  results  obtained  with  COPAN/II  are  compared  with   the 
  495.      analytical  solution  for  maximum  deflection as  given  in  the 
  496.      Therory of Plates and Shells by S. Timoshenko (Ref 1)
  497.  
  498.  
  499.                            Maximum Deflection
  500.  
  501.                        Theory    COPAN/II    % Error
  502.                        ======    ========    =======
  503.                        .1540"     .1546"      .3896
  504.                       (3.912)    (3.925)      
  505.  
  506.  
  507.      This benchmark should be used to periodically ensure that PBS is 
  508.      producing predictable results with your specific   hardware 
  509.      configuration.   If the solution  that your machine produces is 
  510.      significantly different from the value given above - you've got a 
  511.      problem.
  512.  
  513.      Note:   A file has been included on one of the COPAN/II diskettes 
  514.      which is contains the above properties.   All you will have to do 
  515.      is enter the plate dimensions and loading.   
  516.  
  517.      The file name is BENCH.PRP
  518.  
  519.      REF 1. Timoshenko - Woinowsky - Krieger.          
  520.             Theory of Plates and Shells, 2nd Edition, New York 1969
  521.  
  522.