SCAD для чайников

С о д е р ж а н и е

1

СодержаниеСОДЕРЖАНИЕ .................................................................................................................................................. 1

БЛАГОДАРНОСТИ........................................................................................................................................... 9

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................................................................... 10

Проект ........................................................................................................................................................ 10Функциональные модули............................................................................................................................. 10Процессор и библиотека конечных элементов ......................................................................................... 10Графический препроцессор ........................................................................................................................ 11Группы......................................................................................................................................................... 11Фильтры ..................................................................................................................................................... 12Графический постпроцессор ..................................................................................................................... 12Документирование результатов ............................................................................................................... 12Для кого предназначена книга.................................................................................................................... 12Замечания авторов..................................................................................................................................... 13

I. STRUCTURE CAD ДЛЯ “ЧАЙНИКОВ” ................................................................................................... 15

Мышь .......................................................................................................................................................... 16Курсоры ...................................................................................................................................................... 16Меню ........................................................................................................................................................... 16Меню окна управления проектом .............................................................................................................. 17Меню препроцессора и постпроцессора ................................................................................................... 18Инструментальная панель ........................................................................................................................ 20Диалоговые окна ......................................................................................................................................... 20Фильтры ..................................................................................................................................................... 20Пиктограммы ............................................................................................................................................. 21Рекомендации по настройке среды Windows ............................................................................................ 22Загрузка комплекса..................................................................................................................................... 23

1.1 СОЗДАНИЕ НОВОГО ПРОЕКТА ...................................................................................................................... 24Раздел Управление инструментальной панели препроцессора ................................................................ 26

1.2 СИНТЕЗ СХЕМЫ, РАСЧЕТ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ........................................................................................ 27Ввод параметров расчетной схемы .......................................................................................................... 27Работа с таблицами .................................................................................................................................. 28Ввод жесткостных характеристик элементов....................................................................................... 29Назначение типов конечных элементов.................................................................................................... 30Генерация схемы......................................................................................................................................... 31Выбор элементов........................................................................................................................................ 32Задание нагрузок ........................................................................................................................................ 33Расчет......................................................................................................................................................... 35Графический анализ результатов расчета............................................................................................... 36Печать результатов .................................................................................................................................. 39

РЕЗЮМЕ ........................................................................................................................................................ 40

2. СОЗДАНИЕ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ......................................................................................................... 41

2.1 РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ СТЕРЖНЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ....................................................................................... 42Пространственные многопролетные многоэтажные рамы ................................................................... 42


2

Пространственные одноэтажные рамы ................................................................................................. 44Формирование плоских шарнирно-стержневых систем.......................................................................... 45Формирование расчетной схемы балочного ростверка ........................................................................... 47Создание схемы, используемой в качестве подконструкции ................................................................... 48Плоские стержневые системы ................................................................................................................. 48

2.2 РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПЛАСТИНЧАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ........................................................... 51Формирование прямоугольной сетки конечных элементов на плоскости .............................................. 51Формирование треугольной сетки конечных элементов на плоскости .................................................. 52

2.3 ПОВЕРХНОСТИ ВРАЩЕНИЯ .......................................................................................................................... 56Вычисление радиуса по хорде .................................................................................................................... 57Цилиндр....................................................................................................................................................... 57Конус........................................................................................................................................................... 58Сфера.......................................................................................................................................................... 59Тор............................................................................................................................................................... 60

2.4 ФОРМИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ, ЗАДАННЫХ АНАЛИТИЧЕСКИ .................................................. 61Правила ввода математических формул .................................................................................................. 62

2.5 ФОРМИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ, ЗАДАННЫХ АНАЛИТИЧЕСКИ.................................................................... 632.6 СБОРКА СХЕМЫ ИЗ НЕСКОЛЬКИХ СХЕМ........................................................................................................ 64Сборка с группами элементов ................................................................................................................... 66Способы сборки .......................................................................................................................................... 66Правила выполнения сборки....................................................................................................................... 67Работа с нагрузками.................................................................................................................................. 67Окно подсхемы ........................................................................................................................................... 68

2.7 КОПИРОВАНИЕ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ............................................................................................................. 692.8 КОПИРОВАНИЕ ФРАГМЕНТА СХЕМЫ ............................................................................................................ 722.9 ФОРМИРОВАНИЕ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ ИЗ ОБЪЕМНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.................................................................. 732.10 ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ........................................................................................................ 74Перенос ....................................................................................................................................................... 74Поворот вокруг заданной оси .................................................................................................................... 74Масштабирование вдоль заданной прямой ............................................................................................... 75Масштабирование в заданной плоскости................................................................................................. 75Масштабирование (полное) ....................................................................................................................... 76Зеркальное отражение по заданной оси ................................................................................................... 76Примеры выполнения геометрических преобразований ........................................................................... 77

2.11 ЗАДАНИЕ СЕТКИ КООРДИНАЦИОННЫХ (РАЗБИВОЧНЫХ) ОСЕЙ .................................................................... 802.12 ВВОД СХЕМЫ НА СЕТКЕ КООРДИНАЦИОННЫХ ОСЕЙ ................................................................................... 82

3. ОПЕРАЦИИ С УЗЛАМИ И ЭЛЕМЕНТАМИ .......................................................................................... 83

Выбор узлов и элементов ........................................................................................................................... 843.1 ОПЕРАЦИИ С УЗЛАМИ ................................................................................................................................. 86Удаление узлов ............................................................................................................................................ 87Восстановление удаленных узлов .............................................................................................................. 87Ввод узлов ................................................................................................................................................... 88Ввод дополнительных узлов между узлами............................................................................................... 89Перенос узлов.............................................................................................................................................. 90Объединение узлов с совпадающими координатами ................................................................................ 91Генерация узлов по дуге.............................................................................................................................. 91Перенос начала координат в заданный узел ............................................................................................. 92Ввод узлов на заданном расстоянии от выбранных ................................................................................. 92


3

Перенос одного узла в другой ..................................................................................................................... 93Выбор узлов................................................................................................................................................. 93Ввод узлов в точках пересечения координационных осей......................................................................... 94

3.2 ОПЕРАЦИИ С ЭЛЕМЕНТАМИ ......................................................................................................................... 95Ввод стержневых элементов .................................................................................................................... 96Ввод трех- и четырехузловых элементов ................................................................................................. 96Ввод объемных элементов ......................................................................................................................... 97Удаление элементов ................................................................................................................................... 97Восстановление удаленных элементов...................................................................................................... 98Ввод стержневых элементов с учетом промежуточных узлов .............................................................. 98Разбивка стержня...................................................................................................................................... 99Ввод специальных конечных элементов (связи конечной жесткости).................................................... 99Ввод специальных конечных элементов (упругие связи) ......................................................................... 100Ввод специальных конечных элементов (нуль-элементы) ...................................................................... 100Ввод стержней по дуге окружности ...................................................................................................... 101Объединение двух стержневых элементов............................................................................................. 101Выбор элементов...................................................................................................................................... 102Объединение совпадающих элементов.................................................................................................... 102Дробление четырехузловых элементов ................................................................................................... 102Разделение элементов .............................................................................................................................. 103Присоединение дополнительных узлов к элементам .............................................................................. 103Разбивка стержней с учетом промежуточных узлов ........................................................................... 104

3.3 ГРУППЫ УЗЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ ................................................................................................................... 105Создание групп.......................................................................................................................................... 106Корректировка набора объектов в группе.............................................................................................. 106Выбор группы............................................................................................................................................ 106

4. ЗАДАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК УЗЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ.................................................................... 107

4.1 НАЗНАЧЕНИЕ ЖЕСТКОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК.......................................................................................... 108Назначение жесткостных характеристик стержневых элементов ................................................... 108Ввод нового типа жесткости ................................................................................................................. 109Параметрические сечения ....................................................................................................................... 109Численное описание.................................................................................................................................. 110Работа с сортаментом металлопроката .............................................................................................. 110Характеристики сечения ......................................................................................................................... 111Численно-параметрическое описание ..................................................................................................... 111Произвольные сечения .............................................................................................................................. 112Назначение характеристик упругого основания .................................................................................... 113Корректировка характеристик заданного ранее типа жесткости..................................................... 113Назначение элементам типа жесткости, заданного ранее.................................................................. 114Ввод и назначение жесткостных характеристик пластинчатым элементам.................................... 114Назначение жесткостных характеристик объемным элементам....................................................... 115Удаление эквивалентных типов жесткости.......................................................................................... 115Физико-механические свойства материалов .......................................................................................... 116

4.2 НАЗНАЧЕНИЕ ТИПА ЭЛЕМЕНТА .................................................................................................................. 1174.3 ЗАДАНИЕ АБСОЛЮТНО ЖЕСТКИХ ВСТАВОК................................................................................................ 1184.4 ВВОД И УДАЛЕНИЕ ШАРНИРОВ .................................................................................................................. 1194.5 УГЛЫ ОРИЕНТАЦИИ ГЛАВНЫХ ОСЕЙ ИНЕРЦИИ СЕЧЕНИЯ ............................................................................ 1204.6 НАЗНАЧЕНИЕ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ СЕЧЕНИЙ ВЫЧИСЛЕНИЯ УСИЛИЙ ............................................................. 121


4

4.7 ИЗМЕНЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ МЕСТНОЙ ОСИ Х1 СТЕРЖНЕЙ НА ПРОТИВОПОЛОЖНОЕ..................................... 1224.8 НАЗНАЧЕНИЕ СВЯЗЕЙ В УЗЛАХ .................................................................................................................. 1224.9 ОБЪЕДИНЕНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ.................................................................................................................. 1234.10 НАПРЯЖЕНИЯ ВДОЛЬ ЗАДАННОГО НАПРАВЛЕНИЯ................................................................................... 1244.11 ИЗМЕНЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ МЕСТНОЙ ОСИ Z1 ПЛАСТИНЧАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ............................................ 1254.12 НАЗНАЧЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ...................................................................... 1254.13 ОДНОСТОРОННИЕ СВЯЗИ......................................................................................................................... 125

5. ЗАДАНИЕ СХЕМ ЗАГРУЖЕНИЙ .......................................................................................................... 127

5.1 ЗАДАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ЗАГРУЖЕНИЙ ...................................................................................................... 128Автоматическое задание собственного веса ......................................................................................... 129Узловые нагрузки ...................................................................................................................................... 130Задание нагрузок на группу узлов ............................................................................................................ 131Нагрузки на стержневые элементы ...................................................................................................... 132Нагрузки на пластины.............................................................................................................................. 133Температурные нагрузки ......................................................................................................................... 135

5.2 УДАЛЕНИЕ НАГРУЗОК ............................................................................................................................... 1365.3 ГРУППЫ НАГРУЗОК ................................................................................................................................... 138Задание нагрузок с использованием групп узлов и элементов ................................................................ 139Сборка загружений из групп нагрузок..................................................................................................... 140Назначение коэффициентов группам нагрузок....................................................................................... 141

5.4 ПОДГОТОВКА ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА НА ДИНАМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ .................................................. 142Назначение характеристик динамических загружений......................................................................... 143Общие характеристики........................................................................................................................... 143Сейсмика................................................................................................................................................... 145Сейсмика по заданным акселерограммам ............................................................................................... 146Пульсации ветра ...................................................................................................................................... 147Гармонические колебания ........................................................................................................................ 147Импульс, Удар .......................................................................................................................................... 148Модальный анализ .................................................................................................................................... 148Ввод динамических нагрузок .................................................................................................................... 149

6. УПРАВЛЕНИЕ РАСЧЕТОМ.................................................................................................................... 151

7. ГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА ..................................................................... 153

7.1 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ ОТОБРАЖЕНИЕМ РЕЗУЛЬТАТОВ............................................................... 154Цветовая шкала ....................................................................................................................................... 154Настройка цветовой шкалы.................................................................................................................... 156Установка номера загружения ............................................................................................................... 156Выбор анализируемого фактора ............................................................................................................. 157Масштаб отображения .......................................................................................................................... 157Вывод изолиний и изополей ...................................................................................................................... 157Единицы измерения .................................................................................................................................. 158

7.2 АНАЛИЗ ДЕФОРМАЦИЙ.............................................................................................................................. 1597.3 АНАЛИЗ УСИЛИЙ В СТЕРЖНЯХ................................................................................................................... 1617.4 АНАЛИЗ УСИЛИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ В ПЛАСТИНЧАТЫХ ЭЛЕМЕНТАХ.............................................................. 1627.5 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ ПОСТПРОЦЕССОРОВ .................................................................................. 164Анализ результатов работы постпроцессора подбора арматуры ....................................................... 164Анализ результатов расчета нагрузок от фрагмента схемы ............................................................... 166


5

Отображение результатов расчета главных и эквивалентных напряжений ...................................... 1677.6 ФОРМИРОВАНИЕ ГРУПП ЭЛЕМЕНТОВ ......................................................................................................... 169Подготовка групп элементов для постпроцессора подбора арматуры................................................ 169

8. УПРАВЛЕНИЕ ОТОБРАЖЕНИЕМ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ ............................................................. 171

8.1 ФУНКЦИИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ПАНЕЛИ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ......................................................................... 171Поворот схемы......................................................................................................................................... 172Назначение шага поворота...................................................................................................................... 172Проецирование схемы на координатную плоскость .............................................................................. 173Выделение плоского фрагмента .............................................................................................................. 173Выделение фрагмента с помощью рамки ............................................................................................... 174Отсечение на проекциях .......................................................................................................................... 175Крупный план ............................................................................................................................................ 176Полноэкранный режим работы............................................................................................................... 176Изменение масштаба изображения ........................................................................................................ 177Фрагментация на координационных (разбивочных) осях ....................................................................... 177Настройка инструментальной панели Визуализация............................................................................. 178

8.2 ОТОБРАЖЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ НА РАСЧЕТНОЙ СХЕМЕ ................................................................................ 179Фильтры отображения элементов......................................................................................................... 179Вывод номеров элементов ....................................................................................................................... 180Вывод номеров узлов................................................................................................................................. 180Вывод типов элементов........................................................................................................................... 181Вывод номеров типов жесткости .......................................................................................................... 182Корректировка жесткостей специальных элементов .......................................................................... 182специальных элементов............................................................................................................................ 183Визуализация атрибутов элементов ....................................................................................................... 184Отображение узловых нагрузок .............................................................................................................. 184Отображение местных сосредоточенных нагрузок .............................................................................. 185Отображение местных распределенных нагрузок................................................................................. 185Отображение температурных нагрузок ................................................................................................ 186Отображение масс .................................................................................................................................. 187Вывод значений нагрузок.......................................................................................................................... 187Отображение связей................................................................................................................................ 188Отображение координационных осей..................................................................................................... 188Отображение групп объединения перемещений .................................................................................... 189Отображение направлений выдачи усилий в пластинчатых элементах .............................................. 189Вывод значений на изолиниях, изополях и эпюрах................................................................................... 190Отображение жестких вставок ............................................................................................................ 190Отображение шарниров.......................................................................................................................... 190Отображение узлов ................................................................................................................................. 191Отображение удаленных узлов ............................................................................................................... 191Отображение совпадающих узлов .......................................................................................................... 191Отображение совпадающих элементов ................................................................................................. 192Отображение направления местных осей элементов ........................................................................... 192Отображение общей системы координат............................................................................................. 193Вывод размерных линий............................................................................................................................ 193Удаление линий невидимого контура....................................................................................................... 194Цветовая индикация групп узлов и элементов ........................................................................................ 195Информация об узле ................................................................................................................................. 195


6

Информация об элементе ........................................................................................................................ 197Отображение прогибов в стержнях ...................................................................................................... 198Определение расстояния между узлами ................................................................................................. 199Отмена выбора узлов и элементов.......................................................................................................... 199Навигатор ................................................................................................................................................ 200Начальная установка фильтров.............................................................................................................. 200Общие замечания по отображению информации на расчетной схеме ................................................ 200Настройка вывода цифровой информации ............................................................................................. 201Печать расчетной схемы ........................................................................................................................ 202

8.3 НАСТРОЙКА ГРАФИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ............................................................................................................ 2038.4 ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСОМ ............................................................... 206Импорт исходных данных, подготовленных в виде текстового описания ........................................... 207Экспорт данных из формата проекта в текстовое описание .............................................................. 207

8.5 СПЕЦИАЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ РАЗДЕЛА МЕНЮ СЕРВИС .................................................................................... 208Калькулятор для расчета по формулам.................................................................................................. 208Калькулятор для преобразования единиц измерения .............................................................................. 209Характеристики бетона ......................................................................................................................... 210Характеристики арматуры .................................................................................................................... 210Расчет коэффициентов упругого основания .......................................................................................... 211Расчет коэффициентов деформативности основания ......................................................................... 211

9. ДОКУМЕНТИРОВАНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА........................ 213

9.1 ГЕНЕРАТОР ТАБЛИЦ В ТЕКСТОВОМ ФОРМАТЕ............................................................................................. 213Текстовые файлы исходных данных и результатов............................................................................... 216

9.2 ДОКУМЕНТАТОР ....................................................................................................................................... 217Назначение вида выводимой информации и настройка Документатора ............................................. 217

10. КОМБИНАЦИИ ЗАГРУЖЕНИЙ .......................................................................................................... 221

11. РАСЧЕТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ УСИЛИЙ (РСУ).................................................................................... 223

Унификация .............................................................................................................................................. 228Группы ...................................................................................................................................................... 229

12. ГЛАВНЫЕ И ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ......................................................................... 231

12.1 ГЛАВНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ................................................ 233Пространственная задача теории упругости ....................................................................................... 233Элементы балки стенки .......................................................................................................................... 233Плиты и оболочки .................................................................................................................................... 234Стержневые элементы ........................................................................................................................... 234

12.2 ВЫЧИСЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ........................................................................................ 23712.3 ПОДГОТОВКА ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА ГЛАВНЫХ И ЭКВИВАЛЕНТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ .................................. 239

13. УСТОЙЧИВОСТЬ ................................................................................................................................... 241

13.1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ............................................................................................................................. 24113.2 ПОИСК КОЭФФИЦИЕНТА ЗАПАСА УСТОЙЧИВОСТИ ................................................................................... 24213.3 ФОРМА ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ ............................................................................................................. 24313.4 СВОБОДНЫЕ ДЛИНЫ ............................................................................................................................... 24313.5 ВВОД ДАННЫХ........................................................................................................................................ 244

14. СПЕКТРЫ ОТВЕТА................................................................................................................................ 245


7

14.1 РАСЧЕТ НА СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ .............................................................................................. 24514.2 ПОЭТАЖНЫЕ АКСЕЛЕРОГРАММЫ И СПЕКТРЫ ОТВЕТА.............................................................................. 24814.3 ВВОД ДАННЫХ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ................................................................................................... 24914.4 ПОДГОТОВКА ФАЙЛОВ АКСЕЛЕРОГРАММ ................................................................................................. 250

15. РАСЧЕТ НАГРУЗОК ОТ ФРАГМЕНТА СХЕМЫ.............................................................................. 251

15.1 ВВОД ИСХОДНЫХ ДАННЫХ...................................................................................................................... 25215.2 ОПИСАНИЕ ФРАГМЕНТОВ ........................................................................................................................ 254

16. АРМИРОВАНИЕ СЕЧЕНИЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ .............................................. 255

Ограничения реализации........................................................................................................................... 25616.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МОДУЛЯХ АРМИРОВАНИЯ ....................................................................................... 257Модуль 1 (Стержень 2D)......................................................................................................................... 257Модуль 2 (Стержень 3D)......................................................................................................................... 258Модуль 11 (Плита. Оболочка)................................................................................................................. 259Модуль 21 (Балка-стенка)........................................................................................................................ 259

16.2. РАБОТА С ПОСТПРОЦЕССОРОМ............................................................................................................... 260Подготовка данных .................................................................................................................................. 260Проверка заданного армирования............................................................................................................ 262Другие возможности подготовки данных .............................................................................................. 263Дополнительная информация по исходным данным............................................................................... 263Расчет....................................................................................................................................................... 266Результаты расчета................................................................................................................................ 266

16.3 ЧТЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА............................................................................................................... 268Модуль армирования 1 (Стержень 2D)................................................................................................... 268Модуль армирования 2 (Стержень 3D)................................................................................................. 269Модуль армирования 11 (Плита. Оболочка)........................................................................................... 269Модуль армирования 21 (Балка-стенка)................................................................................................. 271Поперечная арматура .............................................................................................................................. 272Проверка заданной арматуры ................................................................................................................. 272

ЛИТЕРАТУРА.............................................................................................................................................. 273

17. ПРОВЕРКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СТАЛЬНЫХ СЕЧЕНИЙ ............................................ 275

Установка параметров............................................................................................................................ 277Назначение конструктивных элементов ................................................................................................ 277Назначение групп конструктивных элементов ...................................................................................... 279Корректировка параметров конструктивных элементов и групп конструктивных элементов ........ 280Группы унификации .................................................................................................................................. 281Расчет....................................................................................................................................................... 282Отображение результатов..................................................................................................................... 284Отчет ....................................................................................................................................................... 285Подбор ...................................................................................................................................................... 286Информация о результатах подбора ...................................................................................................... 287

18. УПРАВЛЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫМ РАСЧЕТОМ................................................................................... 289

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ПРОЕКТНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСАSCAD В ПРАКТИЧЕСКИХ РАСЧЕТАХ .................................................................................................... 293

19. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ............................................................................................................... 295


8

19.1. КОНСТРУКЦИЯ И ЕЕ РАСЧЕТНАЯ СХЕМА.................................................................................................. 29519.1.1. Общие сведения ............................................................................................................................ 29519.1.2. Расчетная схема метода перемещений ...................................................................................... 29619.1.3. Основные и дополнительные неизвестные .................................................................................. 29819.1.4. Внешние и внутренние связи ........................................................................................................ 29819.1.5. Условия сопряжения элементов с узлами системы ................................................................... 29919.1.6. Фрагменты, подсхемы, суперэлементы...................................................................................... 30019.1.7. Нагрузки и воздействия................................................................................................................ 300

19.2. ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ................................................................. 30119.2.1. Линейная статическая задача..................................................................................................... 30119.2.2. Учет дополнительных связей....................................................................................................... 30219.2.3. Динамическая задача.................................................................................................................... 303

19.3. РЕШЕНИЕ СИСТЕМ УРАВНЕНИЙ .............................................................................................................. 30519.4. СТАНДАРТНЫЕ СЛУЧАИ ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ ........................................................................ 306

19.4.1. Ветровая нагрузка........................................................................................................................ 30619.4.2. Сейсмика ....................................................................................................................................... 30719.4.3. Импульсные нагрузки.................................................................................................................... 30719.4.4. Гармоническое возбуждение........................................................................................................ 30819.4.5. Расчет по акселерограмме........................................................................................................... 308

19.5. РАСЧЕТНЫЕ СОЧЕТАНИЯ УСИЛИЙ (РСУ) ................................................................................................ 30919.5.1. Стержни....................................................................................................................................... 30919.5.2. Мембраны (плоское напряженное состояние)............................................................................ 30919.5.3. Плиты ........................................................................................................................................... 31019.5.4. Оболочки ....................................................................................................................................... 31019.5.5. Объемные элементы .................................................................................................................... 31019.5.6. Загружения ................................................................................................................................... 311

20. ПОСТРОЕНИЕ И АНАЛИЗ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ .................................................................... 313

20.1. ВЫБОР СЕТКИ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ................................................................................................... 31320.1.1. Сходимость МКЭ ......................................................................................................................... 31320.1.2. О практической сходимости ....................................................................................................... 31520.1.3. Проверка сходимости для некоторых моделей........................................................................... 31620.1.4. Обход особых точек ..................................................................................................................... 320

20.2. ФРАГМЕНТАЦИЯ .................................................................................................................................... 32020.2.1. Методы сшивки решений ............................................................................................................. 32020.2.2. Оценка погрешностей .................................................................................................................. 32120.2.3. Конструирование стыка .............................................................................................................. 322

20.3. НАЛОЖЕНИЕ СВЯЗЕЙ.............................................................................................................................. 32320.3.1. Парирование изменяемости......................................................................................................... 32320.3.2. Учет особенностей работы конечных элементов ..................................................................... 32420.3.3. Эффекты объединения перемещений.......................................................................................... 326

20.4. КОНСТРУКЦИИ НА УПРУГОМ ОСНОВАНИИ .............................................................................................. 32920.4.1. Использование законтурных элементов упругого основания ..................................................... 32920.4.2. Выбор параметров упругого основания....................................................................................... 33020.4.3. Водонасыщенные грунты............................................................................................................. 331

20.5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АБСОЛЮТНО ЖЕСТКИХ ВСТАВОК ................................................................................ 33220.6. РАСЧЕТ НА ЗАДАННЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ.................................................................................................... 33520.7. СКРЫТЫЕ ЖЕСТКОСТИ ........................................................................................................................... 33620.8. УЧЕТ НЕСОВЕРШЕНСТВ СИСТЕМЫ .......................................................................................................... 337


9

ЛИТЕРАТУРА К ГЛАВАМ 19 И 20 ...................................................................................................................... 339

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ .................................................................................................................... 341

В в е д е н и е

11

БлагодарностиРазработчики выражают благодарность доктору технических наук, профессору В.Г.Пискунову (Украинскийтранспортный университет), доктору технических наук, профессору А.В.Шимановскому (Киевскиймеждународный унивеситет гражданской авиации), доктору технических наук, профессору В.И.Сливкеру (г.Санкт Петербург), докторам технических наук А.А.Дыховичному (КиевЗНИИЭП) и В.А.Савельеву(ЦНИИПСК г. Москва), кандидату технических наук М.А.Микитаренко (УкрНИИПСК г.Киев), инженерамВ.В.Куликову (Мосинжпроект), Л.Б.Кацнельсону (ЦНИИСК), А.А.Маляренко (АОЗТ “ИНФАРС” г.Москва), Т.Е.Прохоровой (Промстройпроект г. Москва), Е.Д.Шумаковой (Моспроект-2), К.А.Козину (ГСПИг. Москва), Е.А.Шабалину (АМ “Громов, Пальцев и К°” г. Москва) за многочисленные критическиезамечания и предложения, которые способствовали созданию и развитию комплекса, а также за проявленноетерпение и доброжелательность к разработчикам.


12

ВведениеПроектно-вычислительный комплекс Structure CAD для Windows (SCAD) реализован как интегрированнаясистема прочностного анализа и проектирования конструкций на основе метода конечных элементов ипозволяет определить напряженно-деформированное состояние конструкций от статических и динамическихвоздействий, а также выполнить ряд функций проектирования элементов конструкций.

ПроектВ основу комплекса положена система функциональных модулей, связанных между собой единой

информационной средой. Эта среда называется проектом и содержит полную информацию о расчетнойсхеме, представленную во внутренних форматах комплекса. В процессе формирования расчетной схемыпроект наполняется информацией и сохраняется на диске в файле (с расширением SPR). Имена проекта ифайла задаются при создании новой схемы.

Создать проект можно и путем импорта данных, описывающих расчетную схему или ее часть навходном языке. В процессе импорта выполняется преобразование из текстового представления схемы вовнутренние форматы, т.е. в проект. Возможность перехода от текстового представления схемы к проектуобеспечивает языковую совместимость с комплексами SCAD DOS, Мираж, Лира и совместимыми с ними повходному языку. В свою очередь проект может быть преобразован в текстовое описание.

Геометрия расчетной схемы может быть сформирована и с помощью системы AutoCAD. Приформировании схемы могут использоваться такие команды AutoCAD, как LINE, POLYLINE и 3DFACE. Вэтом случае создается DXF файл, который импортируется в SCAD. Номера узлов и элементов расчетнойсхемы, а также типы элементов в процессе импорта назначаются автоматически.

Функциональные модулиФункциональные модули SCAD делятся на четыре группы: в первую группу входят модули, обеспе-

чивающие ввод исходных данных в интерактивном графическом режиме (графический препроцессор) играфический анализ результатов расчета (графический постпроцессор). Модули второй группы служат длявыполнения статического и динамического расчетов (процессор), а также вычисления расчетных сочетанийусилий, комбинаций загружений, главных и эквивалентных напряжений, реакций, нагрузок на фрагментсхемы, анализ устойчивости (эти модули условно называются расчетными постпроцессорами). Доку-ментирование результатов расчета выполняется модулями третьей группы. В четвертую группу включаютсяпроектирующие модули (проектирующие постпроцессоры), которые служат для подбора арматуры вэлементах железобетонных конструкций, а также проверки сопротивления и подбора сечений элементовстальных конструкций.

Модульная структура дает возможность сформировать для каждого пользователя такуюконфигурацию SCAD, которая максимально отвечает его потребностям по классу решаемых задач,средствам создания расчетных схем, анализу и документированию результатов расчета.

Все функциональные модули комплекса реализованы в единой графической среде. Интерфейс,сценарии взаимодействия пользователя с системой, функции контроля исходных данных и анализарезультатов полностью унифицированы, что обеспечивает минимальное время освоения комплекса илогичную последовательность выполнения операций.

Процессор и библиотека конечных элементовВысокопроизводительный процессор позволяет решать задачи статики и динамики с большим

количеством степеней свободы (до 392 000). Расчет сопровождается подробным протоколом, который можетбыть проанализирован как по ходу выполнения расчета, так и после его завершения. Средства прерывания


13

расчета позволяют продолжить его выполнение, начиная с точки прерывания. Система контроля исходныхданных выполняет проверку расчетной схемы и фиксирует все обнаруженные ошибки и предупреждения.

Библиотека конечных элементов содержит различные виды стержневых элементов, включаяшарнирно-стержневые, рамные, балочного ростверка на упругом основании, позволяет учитывать сдвиг всечении стержня. Пластинчатые элементы, которые представлены трех- и четырехузловыми элементамиплит, оболочек и балок-стенок, могут содержать дополнительные узлы на ребрах и обеспечивают решениезадач для материалов с различными свойствами (с учетом ортотропии, изотропии и анизотропии). Крометого библиотека включает различные виды объемных элементов, набор трех- и четырехузловыхмногослойных и осесимметричных конечных элементов, а также специальные элементы для моделированиясвязей конечной жесткости, упругих связей и другие.

Графический препроцессорДля формирования геометрии расчетных схем в комплексе предусмотрена широкая гамма средств

таких как функции создания схем по параметрическим прототипам конструкций, генерации сеток элементовна плоскости и в пространстве, копирование фрагментов схем, сборки из подсхем и групп, различныефункции геометрических преобразований. В режиме графического диалога задаются все основныепараметры схем, включая жесткостные характеристики элементов, условия опирания и примыкания,статические и динамические нагрузки и др. Графический интерфейс максимально приближен именно ктехнологии создания и модификации расчетных схем и учитывает особенности обработки информации этоговида.

В комплекс включены параметрические прототипы многоэтажных и одноэтажных рам, ферм сразличным очертанием поясов и решеток, балочные ростверки, а также поверхности вращения (цилиндр,конус, сфера и тор). В процессе их формирования могут быть автоматически назначены условия опирания,типы и жесткости конечных элементов. Библиотека параметрических прототипов постоянно расширяется исовершенствуется.

Специальные средства предусмотрены для создания расчетных моделей, поверхность которыхописывается аналитически. Эти средства позволяют автоматически генерировать сетку элементов наповерхности, заданной как функция двух переменных. Для формирования произвольных сеток на плоскостииспользуется автоматическая триангуляция, с помощью которой сетка может быть нанесена на любуюобласть расчетной схемы.

Набор средств модификации геометрии расчетной схемы включает различные виды геометрическихпреобразований, позволяющие изменить масштаб всей схемы или выделенного фрагмента, осуществитьповорот вокруг заданной оси, получить зеркальное отражение, перенести часть схемы на указанноерасстояние и др. Вместе с широкой гаммой средств работы с выбранными узлами и элементами эти функциидают возможность создать практически любую по сложности расчетную модель.

Для того, чтобы обеспечить инженеру работу с расчетной схемой в привычной среде используютсяразбивочные (координационные) оси. На этих осях могут выполняться операции по созданию схемы и еефрагментации. Они могут быть показаны на всей схеме или на любом ее фрагменте.

ГруппыОсобую роль при формировании расчетной схемы и анализе результатов играют группы узлов и

элементов. Группы – это именнованные наборы узлов или элементов, которые могут неоднократноиспользоваться для выполнения различных операций. Процесс объединения объектов в группы полностьюрегулируется пользователем. Это могут быть характерные участки конструкции, например, междуэтажныеперекрытия, элементы пространственного каркаса, стены или другие наборы объектов. Главное, что группыдоступны на всех этапах работы со схемой – при формировании модели, анализе и документированиирезультатов расчета. Графическая среда построена таким образом, что всегда можно локализоватьинформацию в рамках одной или нескольких групп узлов и элементов.


14

ФильтрыВ последнее время наметилась тенденция, связанная с усложнением расчетных моделей и, как

следствие, увеличением количества узлов и элементов в расчетных схемах. Существенное увеличениеразмерности задач потребовало пересмотра главных критериев эффективности процесса и методов созданиярасчетных схем и анализа результатов расчета. В условиях столь больших и насыщенных схем естественнымстал перенос акцентов от функций формирования (хотя их роль нисколько не снизилась) к функциямконтроля созданной схемы. Главную роль здесь играет реализованная в SCAD развитая система фильтров, спомощью которых устанавливаются правила отображения информации на схеме, а также функциивизуализации и фрагментации схемы. Фильтры позволяют отобрать для отображения информацию орасчетной схеме по десяткам критериев. При этом широко используются цветовые средства отображениявыбранной информации, которые совместно с фрагментацией позволяют “добраться” до любых параметровнезависимо от размерности модели.

Графический постпроцессорНе менее остро для больших расчетных моделей стоит и проблема анализа результатов. Объемы

возможной результирующей информации, как правило, намного превышают возможности человека по ееосмыслению и анализу. Поэтому здесь, наряду с решением чисто технических задач по улучшениювременных факторов (реакция системы на запрос пользователя или время удаления линий невидимогоконтура при построении изолиний и изополей), проявляются проблемы, связанные с поиском среди тысячэлементов и узлов объектов с критическими для данной задачи значениями анализируемого фактора.Реализованные в комплексе система фильтров, функции фрагментации и настраиваемые цветовые шкалыобеспечивают оперативный доступ ко всем видам результирующей информации. Важно, что при этомимеется возможность выделить ту часть расчетной схемы, на которой реализовались результаты (усилия,перемещения) из заданного диапазона величин, “отодвинув в тень” остальную часть схемы.

Результаты расчета могут быть представлены в виде схем перемещений и прогибов, эпюр, изолинийи изополей. Одновременно на схему могут выводиться и числовые значения факторов. Для статических идинамических загружений предусмотрена возможность анимации процесса деформирования схемы и записиэтого процесса в формате видеоклипа (AVI). Любая графическая информация может выводиться на печатьили сохраняться в формате Windows метафайла (WMF). Наряду с результатами расчета средстваграфического анализа позволяют отобразить на схеме в виде эпюр (для стержневых элементов) илиизолиний и изополей (для пластин) результаты работы модуля подбора арматуры в элементахжелезобетонных конструкций, включая такую информацию, как площадь арматуры в заданномнаправлении, ширину раскрытия трещин, процент армирования и др. Это приближает форму представлениярезультатов к привычному для инженера виду и создает для него дополнительный комфорт.

Документирование результатовМодули документирования результатов расчета позволяют сформировать таблицы с исходными

данными и результатами в текстовом формате или графическом формате, а также экспортировать их в MSWord или MS Excel. Формирование таблиц выполняется с учетом групп узлов и элементов, таблицы можнодополнить комментариями и включить в них графическую информацию. Таким образом, отчетный документможет редактироваться средствами Windows и приобретать удобную для конкретного пользователя форму(например, в соответствии с принятым в его фирме стандартом), а экспорт в MS Excel дает возможностьпоследующей нестандартной обработки результатов применительно к конкретным обстоятельствамиспользования.

Для кого предназначена книга


15

Книга предназначена в основном для пользователей вычислительного комплекса и будет полезнойкак начинающим, не имеющим опыта применения программных средств прочностного анализаконструкций, так и тем, кто хорошо знаком с такими программами и имеет опыт работы с комплексом. Дляначинающих пользователей, а также тех, кто не работал с комплексом SCAD в среде Windows, будетполезной глава Structure CAD для “ЧАЙНИКОВ”. В ней на примере простейшей расчетной схемы показанвесь путь от создания модели до анализа и документирования результатов расчета. В последующих главахпоследовательно рассматриваются все аспекты подготовки данных в режиме графического диалога, расчета,анализа и документирования результатов, а также особенности использования расчетных и проектирующихпостпроцессоров. При описании последних там, где по мнению авторов это необходимо, приведеныминимальные теоретические сведения, помогающие лучше понять реализованные методы расчета.

Как пример реализации пользовательского интерфейса, книга может представлять интерес длястудентов соответствующих специальностей и разработчиков аналогичных программ.

Замечания авторовЭта книга появилась в ответ на многочисленные пожелания пользователей SCAD иметь на своем

рабочем столе “настоящую” книгу о комплексе. Приступая к работе, авторы понимали, что написать о всехреализованных и находящихся в работе функциях такого сложного и постоянно развивающегосяпрограммного продукта невозможно. В связи с этим в книге приводится описание пользовательскогоинтерфейса в том виде, в котором он реализован в версии 7.25, и некоторые дополнительные функции,вошедшие в версию 7.27.

Готовится к печати книга, в которой приводятся сведения о подходах к расчету и методах решениязадач, положенных в основу комплекса SCAD, описание библиотеки конечных элементов, правила чтениярезультатов расчета, а также архитектура и синтаксис входного языка описания расчетных схем.

Комплекс разработан коллективом в составе: Белокопытова И.А., Бурыгин С.Г., Гавриленко И.С.,Гуревич М.Ф., Дербенцев В.Д., Зеливянский Е.Б., Карпиловский В.С., Криксунов Э.З., Лайкина И.Ф.,Мошкин Л.С., Перельмутер А.В., Перельмутер М.А., Трофимчук А.Н., Фильварова И.Г.

I . S t r u c t u r e C A D д л я “ Ч А Й Н И К О В ”

17

Начинающий … не должен смущаться, если … он обнаружит,что у него не хватает предварительных знаний даже длячтения предварительных сведений.

П.ХАЛМОШ

I. Structure CAD для “ЧАЙНИКОВ”Если Вы уже работали в среде MS Windows 95/NT, то

у вас вряд ли возникнут затруднения при работе с комплексом.Элементы управления, доступ к данным, операции с окнами(допустимость одновременного присутствия нескольких окон,понятие активного окна и способы активизации, возможностьперемещения окна и т.п.) не отличаются от многих другихпрограмм, придерживающихся “правил игры”, установленныхдля Windows. Для тех, у кого это – первая встреча с Windows,ниже дается описание операций и элементов управления,которые используются в комплексе SCAD.

Рис. 1.1. Общий вид рабочего окна комплекса SCAD

Меню Инструментальная панель

Расчетная схема

Панель функцийуправлениявизуализацией

Панель фильтровотображения

Кнопка панели“Визуализация”

Закладка “Узлыи Элементы”


18

Мышь

Windows ориентирована на работу с мышью ипоэтому большинство операций выполняется с ее помощью.Основные функции выполняются левой кнопкой мыши.Нажатие этой кнопки инициализирует операцию, выбранную вменю, или “вдавливает” изображенную на экране кнопку, накоторую указывает курсор. Операция “дважды нажать левуюкнопку мыши” или “двойной щелчок” подразумевает двойноенажатие этой кнопки с очень коротким интервалом (интервалможно установить при настройке среды Windows). В SCADиспользуется и правая кнопка мыши, о чем подробно будетрассказано ниже.

Курсоры Мышь управляет курсорами. В комплексе исполь-зуются четыре типа курсора:

стандартный курсор – для выбора функции, режима илиоперации;

перекрестье с центральной мишенью – для выбора одногоузла или элемента;

перекрестье с изображением прямоугольника – для выборагруппы узлов или элементов при помощи рамки прямоугольнойформы;

перекрестье с изображением произвольного многоуголь-ника – для выбора группы узлов или элементов при помощирамки произвольной формы.

В тех случаях, когда выполняемая операция длитсядолго, на экран выводится курсор “ожидания” – песочныечасы. После завершения операции возвращается прежнийкурсор.

Меню Меню расположено в верхней части окна SCAD подзаголовком (рис.1.1) и содержит разделы, набор которыхзависит от установленного режима работы. Под выражением“Выбрать в меню раздел …” подразумевается следующаяпоследовательность операций:

Ä установить курсор на раздел меню и нажать левуюкнопку мыши;

Ä после раскрытия списка подразделов перемещениеммыши по вертикали выбрать строку снаименованием нужного режима и нажать левуюкнопку мыши.


19

Меню окна управленияпроектом

Меню состоит из трех разделов – Проект , Опции ,Справка .

Проект В разделе Проект заложены такие операции:Новый проект – создание нового проекта;Открыть проект – чтение ранее созданного проекта;Прочитать проект из текстового формата (DOS) – загрузкафайла исходных данных, созданного средствами операционнойсистемы DOS;Прочитать проект из текстового формата (Windows) –загрузка файла исходных данных, созданного средствамиоперационной среды Windows;Импорт DXF файла – загрузить схему, созданную средствамиAutoCAD и представленную в формате DXF;Сохранить проект – записать проект в файл, не меняя именифайла;Сохранить проект как… – записать проект в файл с новымименем;Сохранить данные в виде текста – преобразование данныхиз внутренних форматов проекта в текстовой файл в форматахвходного языка (полученный файл, естественно, считаетсясозданным средствами Windows);Закрыть проект – закрыть текущий проект;Выход – завершение работы с программой.

В нижних строках меню записаны имена файловпоследних пяти проектов, с которыми работал пользователь. Втех случаях, когда предполагается работа с одним из этихпроектов, достаточно выбрать его из меню.

Опции Раздел Опции содержит следующие операции:Единицы измерения – вызывает диалоговое окно установкиединиц измерения. Режим назначения единиц измерения можетбыть использован только при создании нового проекта. Вдругих случаях – это лишь информация о сделанныхназначениях;Установки принтера – для выбора типа принтера иназначения характеристик вызывается стандартная процедураWindows;Назначение рабочих каталогов – вызываемое в этом режимедиалоговое окно Определение рабочих каталогов SCADпозволяет указать имена каталогов, откуда следует взятьпроект и куда следует помещать рабочие файлы и результаты.Изменить назначение каталогов можно только при условии, что


20

ни один проект не активен, т.е. перед вызовом операцииследует предварительно закрыть активный проект (операцияЗакрыть проект в меню Проект);Идентификационные данные проекта – этой операциейоткрывается диалоговое окно Идентификация проекта, вкотором можно ввести или изменить ранее заданнуюинформацию о проекте;Настройка графической среды – в одноименном диалоговомокне, которое открывается после указания на этот пункт меню,назначаются параметры настройки графической среды. Онипредусматривают установку или отключение режимараздельного отображения пластинчатых элементов, назначениеотступа между концом элемента и узлом при объемномотображении профилей стержневых элементов, необходимость“заливки” распределенной нагрузки на стержневых элементах,назначение точности оценки совпадающих узлов, указаниеколичества значащих цифр при графическом отображениирезультатов расчета, а также параметры управления анимациейперемещений узлов по результатам статического идинамического расчетов и др. Подробнее см. раздел8.3 “Настройка графической среды”;Параметры расчета – активизация этого пункта меню вызы-вает одноименное диалоговое окно установки параметроврасчета, которые запоминаются и будут использоваться всякийраз при выполнении расчета по вновь созданному проекту.

Справка Раздел Справка содержит пункты меню,позволяющие получить справочную информацию о комплексев целом и подробную информацию о подготовке исходныхданных, чтении результатов, управлении режимами и т.п.Кроме того в этом разделе выполняется перерегистрация –ввод нового кода ключа защиты.

Меню препроцессора ипостпроцессора

Меню состоит из пяти разделов – Проект , Файл ,Опции , Операции , Сервис и Справка .

Проект Пункты раздела Проект те же, что и в меню окнауправления проектом.

Файл В разделе Файл выполняются следующие операции:Предварительный просмотр – позволяет просмотретьграфические материалы перед выводом на печать. Включаетдва варианта – Альбомный и Книжный, которые соответствуютодноименным опциям установки принтера;Печать – активизация режима печати;Выход из режима – выход из препроцессора и переход в окноуправления проектом (дерево проекта).


21

Опции Раздел Опции содержит следующие операции:Восстановить исходное положение фильтров – используетсяв тех случаях, когда в результате изменения разрешающейспособности экрана окно с фильтрами оказывается вне зоныэкрана;Единицы измерения – показывает установленные для данногопроекта единицы измерения (носит информационныйхарактер);Установки принтера – для выбора типа принтера иназначения характеристик вызывается стандартная процедураWindows;Настройка графической среды – аналогична одноименнойоперации в меню окна управления проектом;Установка экранных шрифтов – эта операция вызываетдиалоговое окно Установка шрифта и позволяет выбрать видшрифта, его стиль и размер и цвет для отображения различнойинформации (номера узлов и элементов, типы жесткости, типыэлементов и т.п.) на экране и для печати;Настройка панели фильтров – выполняется настройкапанели фильтров отображения;Настройка панели визуализации – выполняется настройкапанели фильтров визуализации;Установка шрифта закладок – эта операция позволяетизменить вид и размеры шрифта закладок инструментальнойпанели.

Операции Раздел Операции содержит пункты меню, которыедублируют кнопки активного раздела инструментальнойпанели.

Сервис Раздел Сервис в меню препроцессора используется длявызова программ расчета коэффициентов упругого идеформируемого оснований, а также различных калькуляторов(стандартного калькулятора Windows, формульного кальку-лятора, преобразователя единиц измерений).

В постпроцессоре из этого раздела меню можновызвать наряду с калькуляторами и справочные таблицы схарактеристиками бетона и арматуры.

Справка Раздел Справка содержит пункты, позволяющиеполучить справочную информацию о комплексе в целом иподробные сведения о подготовке исходных данных, чтениирезультатов, управлении режимами и т.п.


22

Инструментальная панель Размещается под меню и содержит разделы сэлементами управления, набор которых зависит отустановленного режима. Переключение страниц выполняетсяуказанием курсора на “закладки" с наименованием разделов.Функции и режимы инструментальных панелей пре- ипостпроцессора описаны в соответствующих разделах.

Диалоговые окна В тех случаях, когда для выполнения операциитребуются дополнительные данные или установки, на экранвыводится соответствующее диалоговое окно. Диалоговые окнавключают различные элементы управления – таблицы, кнопки,поля ввода, списки и т.п. Ввод, удаление или изменениеданных выполняется с клавиатуры. Если выход из диалоговогоокна выполняется нажатием кнопки ОК, то все выбранныеустановки запоминаются. Если для выхода использованакнопка Cancel (Отмена), то новые установки не сохраняются ипри работе будут использоваться выбранные ранее илипринимаемые по умолчанию.

Фильтры Служат для управления отображением расчетнойсхемы. С помощью фильтров отбираются и фиксируютсянекоторые однотипные объекты расчетной схемы, с которымипредполагается организовать работу (например, с помощьюфильтра можно из всех стержней отобрать только верти-кальные), назначаются вид и правила отображения характери-стик и атрибутов расчетной схемы, а также узлов и элементов.Для более детальной настройки фильтров используютсядиалоговые окна, которые вызываются указанием курсора напанель фильтров после нажатия правой кнопки мыши.

Панель Фильтры отображения оформлена в видеспециального окна, которое содержит набор кнопок для выборапараметров отображения и устанавливается (или закрывается)

кнопкой , размещенной в разделе Управление инстру-ментальной панели. Это окно может иметь любые размеры инаходиться в любой части экрана.

Кроме фильтров управления отображением, естьфильтры управления выбором узлов и элементов. Эти фильтрыдоступны в диалоговом окне Выбор узлов и элементов.

Более подробно работа с инструментальнымипанелями и фильтрами рассматривается в разделе 8.2.


23

Пиктограммы В инструментальных панелях для инициализацииопераций используются кнопки с пиктограммами (или как ихназывают в Windows – иконами). Ограниченное пространствокнопки не всегда позволяет сделать пиктограмму адекватнойсмыслу операции, которую она символизирует. Для облегченияосвоения комплекса и упрощения работы с ним используютсяразличные средства. Во-первых, это информационная строка, вкоторую в момент попадания курсора в поле кнопки выводитсякраткое описание соответствующей кнопке операции. Во-вторых, это приведенная ниже система символическихизображений в пиктограммах, которая отражает суть операциии является общей для всего комплекса.

– ОК – выполнить операцию

– отказ от выполнения установленной операции

– восстановить исходный вид схемы

– запомнить загружение

– функции работы с элементами

– буква “R” – жесткостные характеристики

– функции работы с узлами

– знак “плюс” – добавление узлов или элементов

– стрелка влево – возврат удаленных узлов или элементов

– знак “минус” – удаление узлов или элементов

– знак “деление” – дробление элементов

– буква “С” – создание схемы или контура

– “вопросительный знак” – отображение или получениеинформации

Если в правом нижнем углу пиктограммы изображена

черная стрелка, направленная вправо, например , то этоозначает, что при нажатии на кнопку будет раскрыта группакнопок управления соответствующим режимом.


24

Рекомендации по настройкесреды Windows

Для того чтобы при работе с комплексом SCAD невозникало лишних проблем, желательно настроить средуWindows. Наилучшие результаты дает стандартная цветоваягамма, предлагаемая разработчиками Windows. Еслипользователь все же решил сменить цвета, то не рекомендуетсявыбирать очень яркие. На их фоне могут плохо читатьсяэлементы управления, особенно пиктограммы в кнопках.

Обязательно обратите внимание на настройкумонитора. Рекомендуется использовать мониторы с экраном неменее 15”. Для них оптимальной является разрешающаяспособность 1024*768 точек, хотя можно работать и в режиме800*600. Для мониторов больших размеров можно исполь-зовать и более высокую разрешающую способность. В любомслучае, “решающее слово” за техническими возможностямидисплея и установленной в машине видеокартой.

Выбор цветовой шкалы также определяетсяхарактеристиками видеокарты. Для получения качественногоизображения не рекомендуется устанавливать менее 256цветов. При анализе изополей изображение очень высокогокачества можно получить при цветовой шкале с большимколичеством цветов.

При выборе шрифта следует помнить, что от размерашрифта зависят размеры диалоговых окон. При установленномразрешении экрана 800*600 точек настройка монитора накрупный шрифт может привести к тому, что некоторые окна небудут целиком помещаться на экране. В то же время приразрешении 1600*1240 мелкий шрифт будет трудно читаемым.

Кроме стандартных средств настройки среды в комп-лексе SCAD реализованы и внутренние функции настройки. Ихописание приводится ниже.


25

Загрузка комплекса

Рис. 1.2. Окно инициализацииStructure CAD

- завершение работы

- создание нового проекта

- открытие ранее созданногопроекта

- сохранение проекта

- полноэкранный режим работы

Включаем компьютер и шаг за шагом начинаемвыполнять описанные ниже действия. Уже через час выпочувствуете, что умеете или, по крайней мере, понимаете, какработать с комплексом SCAD для Windows.

Для того чтобы начать работу с комплексом,необходимо установить курсор на пиктограмму SCAD идважды нажать левую кнопку мыши. На фоне окнаинициализации появится изображение заставки (рис.1.2).Загрузка комплекса продолжается несколько секунд. В течениеэтого времени на экране установлен курсор “ожидания” в видепесочных часов (если, конечно, на вашем компьютере он незаменен на более экзотический). Об окончании загрузкисигнализирует смена курсора ожидания на рабочий курсор –стрелку.

Окно инициализации содержит меню и инструмен-тальную панель с кнопками управления. Меню состоит из трехразделов – Проект, Опции и Справка, описанных выше.

Инструментальная панель окна инициализации содер-жит пять кнопок. Четыре первые кнопки дублируют аналогич-ные функции раздела меню Проект, позволяя выполнитьсоответствующие операции более коротким путем.

В тех случаях, когда действие, вызываемое нажатиемкнопки, недоступно (например, сохранение проекта до того, какон был создан или открыт) – пиктограмма кнопки отобра-жается в светло–серых тонах (серая кнопка).

“Серые” кнопки будут появляться всякий раз,когда какой-либо режим, функция или операция не могут

быть выполнены.


26

1.1 Создание новогопроекта

Для создания нового проекта установите курсор наодноименную кнопку раздела Управление инструментальнойпанели и нажмите левую кнопку мыши. На экране появляетсядиалоговое окно Новый проект (рис. 1.1.1), в которомзадается информация о проекте: наименование, объект,заказчик и т.п., а также назначается тип расчетной схемы.Диалоговое окно Новый проект, как и большинство другихдиалоговых окон, имеет три командные кнопки: OK, Отмена иСправка.

Рис. 1.1.1. Диалоговое окноНовый проект

Рис. 1.1.2. Список выбора типа схемы

OK – нажимается после завершения работы с диалоговымокном и закрывает его с автоматическим сохранением всейвведенной информации.Отмена – выполняется выход из окна без сохранениявведенной информации.Справка – обращение к справочной информации.

Кнопка Единицы измерения используется в техслучаях, когда единицы измерения, которые предполагаетсяиспользовать при подготовке данных и выполнении расчета,отличаются от установленных по умолчанию.

Обратите внимание на возможность выбора Типасхемы из списка, приведенного на рис. 1.1.2. Тип схемыопределяет состав и максимальное количество степенейсвободы в узлах расчетной схемы и характеризует особенностиее напряженно–деформированного состояния. Назначаемыйтип схемы должен включать все необходимые степени свободыдля используемых в схеме конечных элементов. По умолчаниюустанавливается тип 5 – система общего вида.

Рис. 1.1.3. Дерево проекта

В правой части окна Новый проект расположеныкнопки для выбора норм проектирования железобетонных иметаллических конструкций.

При нажатии кнопки ОК в диалоговом окне Новыйпроект на экран выводится стандартное окно Сохранениепроекта. В этом окне задается имя файла, которое будетприсвоено файлу проекта, всем служебным файлам и файлам срезультатами, порождаемым в процессе работы комплекса.

После небольшой паузы, связанной с регистрациейнового проекта в системе, управление передается Деревупроекта (рис. 1.1.3), которое содержит четыре раздела первогоуровня, фактически – этапы решения задачи: Исходныеданные, Расчет, Результаты и Конструирование. Этиразделы содержат ссылки на разделы второго уровня, которые


27

детализируют выполняемые операции, например, Расчетнаясхема, Линейный расчет или Печать таблиц. РазделыРасчетная схема и Специальные исходные данныевключают подразделы с перечнем исходных данных.

Дерево проекта отображает состояние проекта, т.е.наличие или отсутствие в проекте соответствующего видаданных, а также доступность функций, например, расчета илианализа данных. Из Дерева проекта можно инициализироватьлюбую функцию – ввод данных, расчет или графическийанализ результатов. Для этого достаточно установить курсор нанаименование соответствующей ветви Дерева проекта инажать левую кнопку мыши. Кроме того, Дерево проектаиллюстрирует структуру комплекса.


28

Раздел Управлениеинструментальной панелипрепроцессора

Работу по созданию нового проекта начнем сформирования расчетной схемы. Для этого установим курсорна раздел Расчетная схема Дерева и нажмем левую кнопкумыши. Управление будет передано графическому препроцес-сору, с помощью функций которого и выполняется синтезрасчетной схемы. Инструментальная панель препроцессорасодержит различные функции создания геометрии схемы,назначения граничных условий, нагрузок и др. После стартапрепроцессора в инструментальной панели активен разделУправление инструментальной панели препроцессора(рис. 1.1.4).

Рис. 1.1.4. Раздел Управление инструментальной панели препроцессора

В этом разделе расположены четыре кнопки, дублиру-ющие одноименные операции меню Проект, а также дополни-тельные кнопки:

Печать – обеспечивает вывод на принтер установленногона экране изображения схемы;

Выход в Дерево проекта – после нажатия на эту кнопкупрепроцессор закрывается и управление передается Деревупроекта;

Исключение из проекта удаленных узлов и элементов- используется в тех случаях, когда работа по созданию схемызакончена и нет необходимости сохранять информацию обудаленных узлах и элементах. После активизации этойфункции все удаленные объекты из схемы исключаются, аоставшиеся получают новые номера (Упаковка данных).

Показать/скрыть фильтры – с помощью этой кнопкиможно убрать или вернуть на экран панель с фильтрами.

Показать/скрыть панель управления визуализацией –с помощью этой кнопки панель можно убрать с экрана иливернуть на экран.

Сохранение образа экрана – после активизации этойфункции сохраненяется текущее отображение схемы в форматеWindows метафайла (файл с расширением WMF). Полученноеизображение можно поместить в отчет с результатами расчета.

Сохранение фрагмента схемы – позволяет сохранитьвидимый на экране фрагмент расчетной схемы в видесамостоятельного проекта.


29

1.2 Синтез схемы, расчет ианализ результатов

Приводится “экспресс-описание” функций формирова-ния расчетной схемы, выполнение расчета и анализрезультатов. Выполнив шаг за шагом описанные нижедействия, мы создадим простейшую схему, не вдаваясь вподробности, связанные с ее модификацией, и используя приэтом только стандартные возможности комплекса. Наша цель –освоить принципы управления.

Операции синтеза расчетной схемы и анализа резуль-татов расчета реализованы в единой графической среде.Расположение элементов управления и собственно управлениекомплексом в окнах этих режимов одинаково. Отличаетсятолько набор функций.

Ввод параметров расчетнойсхемы

Рис.1.2.1. Диалоговое окноВыбор конфигурации рамы

Рис.1.2.2. Диалоговое окноЗадание параметров регулярной

рамы

Установим курсор на закладке Схема и нажмем левуюкнопку мыши. В поле инструментальной панели находятсякнопки создания различного вида расчетных схем. Нажмем напервую из них – Генерация прототипа рамы.

кнопка Генерация прототипа рамы.

На экран выводится диалоговое окно выбораконфигурации рамы (рис.1.2.1).

Для назначения прототипа рамы достаточно указатькурсором на пиктограмму с изображением прототипа (или накнопку справа от него) и нажать левую кнопку мыши.

В начальном состоянии активна кнопка выбора много-этажной многопролетной рамы. Подтвердим выбор нажатиемкнопки ОК.

В появившемся диалоговом окне Задание параметроврегулярной рамы (рис. 1.2.2) выполняется вводгеометрических размеров рамы, назначаются жесткостиэлементов и накладываются связи в узлах. Для ввода размеровиспользуются две таблицы: левая – для описания пролетов иправая – для описания этажей.


30

Рис. 1.2.3. Расчетная схема

В качестве учебной схемы используем пример,приведенный на рис. 1.2.3. Введем в таблицу описанияпролетов три пролета по 6 м, а в таблицу описания этажей –двенадцать этажей по 4 м и один этаж высотой 2.8 м(рис.1.2.3).

После ввода геометрических параметров рамы можнозадать связи в узлах (закрепить схему), описать жесткостныехарактеристики элементов, а также установить тип конечныхэлементов. Для задания связей воспользуемся набором кнопок,установленных в правой части диалогового окна.Активизируем кнопки X, Z и Uz, что означает назначениесвязей по соответствующим направлениям. Для вводажесткостных характеристик колонн и ригелей служат кнопкиКолонны и Ригели, а для назначения типов элементов –кнопка Назначение типа КЭ.

Работа с таблицами Для ввода табличной информации в диалоговых окнахиспользуются универсальные таблицы. При вводе числовыхданных в таблицы необходимо соблюдать следующие правила:

• разделителем дробной и целой частей числа являетсяточка;

• при вводе чисел с плавающей запятой можнопользоваться экспоненциальной формойпредставления, например, 3е-5;

• после завершения ввода числа следует нажать клавишуEnter, после чего поле ввода перейдет к следующейячейке таблицы;

• в тех случаях, когда в диалоговом окне для вводаиспользуются две таблицы (рис. 1.2.2), переход кследующей таблице осуществляется нажатиемклавиши табуляции – Tab;

• введенную в таблицу информацию можно сохранить всистемном буфере (clipboard), для этого следуетвыделить строки с сохраняемой информацией и нажатьклавиши Ctrl+Ins;

• информация в таблицу может быть перенесена изсистемного буфера, для этого нужно выделить строки,в которые вводится информация, и нажать клавишиShift+Ins;


31

• для удаления или очистки нескольких строк (блока)или вставки новой строки следует:

Ä установить курсор на номер первой строки блока,нажать левую кнопку мыши и, не отпуская,протянуть до нужной строки (строки блока будутотмечены);

Ä нажать правую кнопку мыши (курсор при этомдолжен находиться в поле таблицы) и вызватьменю;

Ä выбрать в меню необходимую операцию (Удалитьблок, Очистить блок, Вставить строку);

Ввод жесткостныххарактеристик элементов

Рис. 1.2.4. Диалоговое окноЖесткости стержневых элементов

Рис. 1.2.5. СтраницаПараметрические сечения

При задании параметров рамы предполагается, чтовведенные значения жесткостных характеристик колоннназначаются всем колоннам. Аналогично назначаютсяжесткости всем ригелям. Для ввода жесткостныххарактеристик колонн нажмем на кнопку Колонны ивыполним операции назначения в появившемся много-страничном диалоговом окне Жесткости стержневыхэлементов (рис. 1.2.4). На первой странице этого окна (Выбортипа жесткости) следует активизировать опциюПараметрические сечения, т.е. жесткостные характеристикиэлементов будут вычисляться автоматически в зависимости отформы и размеров заданного сечения. После этого укажем назакладку Параметрические сечения и зададимхарактеристики сечения колонн (рис. 1.2.5).Порядок работы следующий:

Ä из списка Материал выбрать марку бетона,например, В15;

Ä нажать на кнопку с изображением сеченияколонны, в данном случае – прямоугольник;

Ä ввести размеры сечения в полях ввода;Ä для контроля введенных данных нажать кнопкуКонтроль;

Ä если назначения корректны – нажать кнопку ОК(окно закрывается);

После выполнения последней операции управлениевновь перейдет к диалоговому окну задания параметров рамы(рис. 1.2.2). Нажмем кнопку Ригели и выполним описанныевыше действия для назначения жесткостных характеристикригелей. Обратите внимание на рис. 1.2.3 – ригели в отличиеот колонн имеют тавровое сечение.


32

Назначение типов конечныхэлементов

Рис. 1.2.6. Диалоговое окноНазначение типа элемента

При генерации рамы для всех элементовавтоматически устанавливается тип элемента, соот-ветствующий Типу схемы, назначенному при созданиипроекта. Для смены типа элемента нажмем кнопкуНазначение типов конечных элементов и в появившемсядиалоговом окне (рис. 1.2.6) выберем необходимый тип. Внашем случае – тип 2 (стержень плоской рамы).

При назначении типа элемента обратите внимание наинформацию, помещаемую слева от пиктограммы с изображе-нием элемента.

После установки типа элемента нажмем кнопку ОК ивернемся в диалоговое окно Задание параметров регулярнойрамы.


33

Генерация схемы

Рис. 1.2.7. Расчетная схема рамы

Так как все параметры рамы определены, то посленажатия кнопки ОК выполняется генерация расчетной схемы.Здесь следует отметить, что процесс генерации, т.е. запись всехданных о расчетной схеме в память, может занимать некотороевремя (2-3 с) и нам следует подождать, пока созданная намисхема не появится на экране (рис.1.2.7).

После того, как схема создана, можно воспользоватьсяфильтрами управления отображением (см. рис. 1.1) и получитьинформацию о номерах узлов и элементов, типах жесткости итипах элементов. Для этого следует активизировать соответ-ствующие кнопки на панели фильтров, показанные ниже.

– номера элементов

– типы элементов

– связи

– номера узлов

– типы жесткости

– отображение узлов

Если нажать все кнопки одновременно, информациина схеме может оказаться слишком много для зрительногоанализа. Удобнее выводить информацию одного вида. Принажатии кнопки фильтров (она как бы “утапливается”)соответствующая ей информация выводится на экран. Приповторном нажатии кнопка “отжимается” и информацияскрывается.

На рис. 1.2.7 приведена полученная расчетная схема сотображением на ней меток узлов, их номеров и местустановки связей.

В результате проделанной работы сформированарасчетная схема, заданы связи в узлах, назначены типыконечных элементов и их жесткостные характеристики. Длятого чтобы выполнить расчет, осталось задать нагрузки.


34

Выбор элементов

Рис. 1.2.8. Диалоговое окноВыбор узлов и элементов

Операции назначения каких-либо параметров узламили элементам (в данном случае – значений нагрузки)выполняются только для выбранных объектов. Выбрать – этозначит указать курсором на объект и нажать левую кнопкумыши, после чего объект маркируется (отмечается) краснымцветом.

По умолчанию активным является курсор для выбораодного узла или элемента – перекрестье с мишенью. Для указа-ния элементов, к которым прикладывается нагрузка, можновоспользоваться им. Но в этом случае следует последовательновыбирать каждый элемент. Если параметры назначаютсяодновременно нескольким элементам, то удобнеевоспользоваться одним из курсоров с рамкой – прямоугольнойили полигональной. Переключение на курсор другого видавыполняется с помощью кнопок, расположенных в нижнемлевом углу окна, или в диалоговом окне Выбор узлов иэлементов (рис. 1.2.8). Это окно открывается нажатиемправой кнопки мыши в рабочем поле. Кроме назначения видакурсора в этом окне можно установить и правила выбораэлементов в зависимости от их положения в схеме (фильтрывыбора).

Порядок действий следующий:Ä нажать правую кнопку мыши при положении

курсора в рабочем поле;Ä с помощью кнопок группы Выбор стержней

назначить ориентацию выбираемых стержневыхэлементов (например, расположенныхвертикально);

Ä нажать кнопку с изображением курсора –прямоугольной рамки.

В результате окно закроется и на экране появитсявыбранный курсор. Так как была нажата кнопка Вертикальныеэлементы, то при охвате рамкой всей схемы выбраны будуттолько колонны. При активной кнопке Горизонтальныеэлементы выбираются только ригели. При использованиикурсоров-рамок выбираются только те элементы, все узлыкоторых попали в рамку.

При повторном указании на выбранный объект выборотменяется.


35

Задание нагрузок Функции задания нагрузок содержатся в разделеЗагружения инструментальной панели (рис. 1.2.9).

Рис. 1.2.9. Раздел Загружения инструментальной панели препроцессора

Режим задания нагрузок включает функции,обеспечивающие автоматическое формирование собственноговеса конструкции, задание динамических и статическихнагрузок различного вида на узлы и элементы схемы,сохранение назначенных нагрузок в виде схем загружений илигрупп нагрузок.

Зададим нагрузки на учебную расчетную схему в видедвух загружений:Загружение 1 – описывает постоянную нагрузку наперекрытиях и покрытиях и собственный вес колонн, которыезадаются как равномерно распределенная нагрузка на ригели –4.36 т/м, и равномерно распределенная нагрузка на колонны –0.66 т/м. Нагрузки задаются по направлению оси Z общейсистемы координат;Загружение 2 – описывает временную с пониженнымнормативным значением нагрузку. Задается аналогичнозагружению 1, но с другими значениями нагрузок –соответственно 3.57 и 0.54 т/м.

Для задания этих нагрузок воспользуемся следующимикнопками инструментальной панели:

ввод нагрузок на стержневые элементы;

очистка текущего загружения или группы;

запись загружения.

Список загружений Список групп нагрузок


36

Рис. 1.2.10. Диалоговое окноЗадание местных нагрузок на

стержневые элементы

Рис. 1.2.11. Отображение нагрузок нафрагменте расчетной схемы

Для ввода нагрузок необходимо выполнить следующиеоперации:

Ä нажать кнопку задания нагрузок на стержневые

элементы и задать в открывшемся диалоговомокне (рис. 1.2.10) вид, направление и значениепервой нагрузки;

Ä нажать кнопку ОК в диалоговом окне;Ä выбрать на схеме элементы, которым назначается

нагрузка;

Ä нажать кнопку в инструментальной панелирежима Загружения;

Ä повторить описанные выше действия для второговида нагрузки первого загружения.

Если активизировать фильтр отображения распреде-

ленных нагрузок , то введенные нагрузки будут показанына расчетной схеме. При включенном фильтре визуализации

значений нагрузки рядом с нагрузкой будет показано еезначение.

Фрагмент расчетной схемы с отображением заданныхнагрузок показан на рис. 1.2.11.

Для записи загружения надо нажать кнопку винструментальной панели. В диалоговом окне Сохранитьзагружение ввести имя загружения и нажать кнопку ОК. Вводимени не является обязательным, но эта информация позволяетлучше ориентироваться при анализе исходных данных ирезультатов расчета. Номер загружению будет присваиваетсяавтоматически (с согласия пользователя), о чем сообщается вспециальном окне.

Перед тем, как ввести следующее загружение, восполь-

зуйтесь операцией – очистка текущего загружения. При еевыполнении происходит очистка схемы от нагрузок текущегозагружения. После этого можно готовить новое загружение.Если при записи загружения ему присвоить номер ранеесозданного, то оно будет записано вместо него.

Для завершения ввода текущего загружения его

необходимо сохранить (записать в проект).В противном случае загружение не будет учтено при

выполнении расчета.


37

Математика подобно жернову перемалывает лишь то, что под него засыпают

Т. Г. Гексли

Расчет

Рис. 1.2.12. Фрагмент Дерева проекта

Рис. 1.2.13. Окно Процессора

Введенных данных достаточно, чтобы выполнитьрасчет учебной схемы. Для этого нам необходимо вернуться вДерево проекта. Активизируем закладку Управление в

инструментальной панели и нажмем кнопку Выйти вэкран управления проектом (Дерево проекта).

В группе функций Расчет установим курсор в позициюЛинейный и нажмем левую кнопку мыши. Если позиция

Линейный имеет вид (“выполнение невозможно”), торасчет недоступен (рис. 1.2.12). Причиной этого, как правило,является полное или частичное отсутствие обязательныхисходных данных. К ним относятся: нагрузки, жесткостныехарактеристики и, конечно, описание геометрии расчетнойсхемы. В тех случаях, когда данные отсутствуют или заданы недля всех элементов схемы (последнее касается жесткостей),пиктограмма соответствующей ветви Дерева проекта в

разделе Расчетная схема содержит вопросительный знак .Если функция недоступна (например, назначение комбинацийзагружений до ввода самих загружений), то ее пиктограмма вДереве проекта включает знак “выполнение невозможно” –

. Все доступные на текущем шаге работы функции

помечаются пиктограммой “действие доступно” – .

Рекомендуем перед выполнением расчета “пройтись”по Дереву проекта и убедиться в том, что все исходныеданные, которые необходимо задать для расчета,действительно введены и попали в проект. В противном случаенужно вернуться к соответствующей функции подготовкиданных и ввести недостающую информацию.

Так как нами создана новая схема, то передвыполнением расчета автоматически выполняется операциясохранения проекта.

Не будем подробно останавливаться на функцияхуправления расчетом (они рассматриваются в главе 6).Дождемся сообщения о том, что процессор (рис. 1.2.13)завершил расчет и перейдем к анализу результатов.


38

Графический анализрезультатов расчета

После завершения расчета и указания на кнопкуВыход в окне процессора управление передается Деревупроекта. Если расчет завершился успешно, а мы надеемся натакой результат, так как неоднократно считали учебную задачу,то следующим шагом будет графический анализ полученногорешения. Установим курсор в позицию Графический анализраздела Результаты дерева проектов и нажмем левую кнопкумыши. При этом активизируется окно постпроцессора(рис. 1.2.14), инструментальная панель которого содержитразличные функции отображения результатов расчета.

Рис.1.2.14. Окно SCAD в режиме графического анализа результатов


39

Анализ перемещений Анализ перемещений выполняется с помощьюфункций раздела Деформации (рис. 1.2.15). Для этогонеобходимо выполнить следующие операции:

Ä активизировать режим анализа перемещений(закладка Деформации);

Ä выбрать в списке загружение;Ä выбрать направление перемещения;Ä нажать одну из кнопок функций отображения

результатов.

Рис. 1.2.15. Инструментальная панель режима анализа перемещений (Деформации)

Набор функций отображения позволяет получитьразличные формы представления результатов расчетаперемещений. Каждой форме соответствует кнопка винструментальной панели. При анализе перемещений отстатических загружений в стержневых конструкциях можновоспользоваться кнопками:

– вывод деформированной схемы на фоне исходной;

– вывод деформированной схемы;

– вывод значений перемещений в узлах;

– цветовая индикация значений перемещений в узлах;

– восстановление исходного отображения схемы.

Выбор направленияперемещений

Выбор номеразагружения

Назначение коэффициента искажения


40

Анализ усилий Вы, наверное, уже обратили внимание, чтонезависимо от режима в комплексе сохраняетсяпреемственность функций управления. Поэтому не будемподробно останавливаться на анализе результатов расчетаусилий, а только рассмотрим инструментальную панельраздела Эпюры усилий (рис. 1.2.16).

Рис. 1.2.16. Инструментальная панель режима анализа усилий

В этом режиме для анализа усилий используютсякнопки:

– вывод эпюр;

– цветовая индикация максимальных положительныхзначений заданного фактора;

– цветовая индикация максимальных отрицательныхзначений заданного фактора.

Выбор силового фактора Выбор загружения

Масштаб отображения эпюр


41

Печать результатов

Рис. 1.2.17. Диалоговое окноОформление результатов расчета

Рис. 1.2.18. Представление таблицырезультатов в редакторе WordPad

В комплексе реализованы различные функциитекстового представления результатов. В простейшем случаевывод информации на печать может выполняться в форматахредактора WordPad, который поставляется вместе с Windows95. Для того, чтобы распечатать результаты расчета, следуетперейти в Дерево и активизировать позицию Печать таблицраздела Результаты. В диалоговом окне Оформлениерезультатов расчета (рис. 1.2.17) выбираем раздел, например,Перемещения и активизируем его. Здесь следует обращатьвнимание на условные обозначения, стоящие рядом снаименованием раздела. Знаком “минус” отмечаются разделы,по которым результаты отсутствуют, значок в виде компьютерапоказывает, что в результате расчета получена информация поданному разделу, а значок в виде принтера показывает, чтоформирование таблиц результатов выполнено, их можнопросмотреть и распечатать.

Если вам необходимо распечатать часть результатов,например, перемещения только для указанных узлов, то первойследует нажать кнопку Параметры вывода и выполнитьнастройку на нужные параметры.

С помощью кнопки Формирование документавыполняются операции формирования таблиц. Эту кнопкунажимаем второй.

После того, как рядом с выбранным разделомрезультатов появится значок “принтер”, можно нажимать накнопку Просмотр результатов, вызывая тем самым редакторWordPad с таблицами результатов (рис.1.2.18). Чтобы редакторвызывался автоматически, необходимо выполнить назначениеего вида и пути в разделе Настройка графической средыменю Опции.

Следует отметить, что существенным фактором,влияющим на представление результатов в таблицах, являетсявыбор шрифта (Font). Удобочитаемость таблиц обеспечиваютшрифты Courier (Cyrillic) или Courier New (Cyrillic), вкоторых все буквы и цифры имеют одинаковую ширину (такназываемый непропорциональный шрифт).


42

Черная королева покачала головой:Вы, конечно, можете называть это чушью, ноя-то встречала такую чушь, что в сравнениис ней эта кажется толковым словарем.

Л. Кэрролл “Алиса в стране чудес”

РЕЗЮМЕ В главе SCAD для “ЧАЙНИКОВ” мы прошли путьот начала формирования расчетной схемы до выводарезультатов расчета. Конечно, это был самый короткий из всехвозможных маршрутов и большинство функций осталось вненашего внимания. Но мы надеемся, что цель достигнута - иобщие принципы работы с комплексом теперь понятны.

Активизация любых функций комплекса вполняется изДерева проекта. При подготовке исходных данныхбольшинство операций выполняется в такой последо-вательности:

Ä указанием на закладку установить необходимыйраздел в инструментальной панели;

Ä нажать на кнопку с пиктограммой выполняемойоперации;

Ä если для выполнения операции требуется дополни-тельная информация, надо заполнить данные воткрывшемся диалоговом окне;

Ä выбрать нужные узлы или элементы;Ä нажать кнопку ОК в разделе Инструментальнаяпанель, соответствующем выбранной операции.

Для мгновенного отображения результатов работы можновключить соответствующий фильтр. Это позволяет контро-лировать процесс ввода и оперативно вносить изменения ввыполняемые действия.

При графическом анализе результатов рекомендуетсядействовать в такой последовательности:

Ä указанием мыши на закладку установить разделинструментальной панели с интересующей инфор-мацией (Деформации, Эпюры усилий, Полянапряжений);

Ä выбрать нужное загружение;Ä выбрать вид анализируемого фактора (направ-

ление перемещений или вид силового фактора) иформу графического представления результатов(деформированная схема, эпюры, изополя и т.п.).

Пришло время более подробно рассмотреть всемногообразие реализованных в комплексе возможностей.

2 . С о з д а н и е р а с ч е т н о й с х е м ы

43

2. Создание расчетной схемы

Ознакомимся теперь с созданием расчетных схемразличного вида конструкций, реализованных какпараметрические прототипы, рассмотрим возможности ихмодификации, а также остановимся на вопросах сборкисложных расчетных схем из подготовленных фрагментов.

Большинство операций формирования этих схемсосредоточено в разделе Схема инструментальной панели(рис. 2.1).

Рис. 2.1. Раздел Схема инструментальной панели препроцессора

В этом разделе можно выполнить:

– рамные конструкции;

– схемы продольного каркаса;

– плоские шарнирно-стержневые системы;

– плоская ортогональная сетка конечных элементов;

– балочные ростверки;

– типовые поверхности вращения;

– поверхности вращения, заданные аналитически;

– оболочки, заданные аналитически;

– создание координационной сетки;

– геометрические преобразования;

– копирование схемы;

– копирование фрагмента схемы;

– удаление схемы;

– сборку схемы из нескольких схем;

– триангуляцию плоской области.


44

2.1 Расчетные схемыстержневыхконструкций

В комплексе реализованы различные способы созданиярасчетных схем стержневых конструкций, в том числе: путемпоследовательного ввода узлов и элементов; генерации схемыпо параметрическим прототипам конструкций (рамы, фермы,поверхности вращения и аналитически заданные поверхности,балочные ростверки); ввода схемы, описанной в текстовомформате на входном языке.

Пространственныемногопролетныемногоэтажные рамы

Рис. 2.1.1. Расчетная схема, полученнаяпутем 5-кратного дублирования рамы в

направлении оси Y.

В разделе 1.2 была сформирована расчетная схемаплоской многопролетной многоэтажной рамы. Сейчас рассмот-рим формирование пространственных стержневых систем. Воснове этой операции лежит принцип дублированиярасположенной в плоскости XoZ правой декартово системыкоординат XYZ поперечной конструкции плоской рамы(поперечника) с заданным шагом в направлении оси Y. Приэтом продольные конструкции образуются путем порождениястержней в направлении оси Y из каждого узла поперечнойконструкции. В простейшем случае, если принять, что вкачестве прототипа использована сформированная нами ранеерама, то после 5-кратного дублирования ее с шагом 6 мформируется схема, изображенная на рис. 2.1.1.

Для выполнения этой операции в разделе Схема

предусмотрена специальная кнопка , при нажатии которойоткрывается диалоговое окно Схема продольного каркаса(рис. 2.1.2). В этом окне вводится шаг дублирования иколичество повторений (шаг может быть переменным), а такженазначаются жесткостные характеристики введенных внаправлении оси Y стержней (кнопка Ригели). Для выполне-ния последней операции используется уже знакомое из преды-дущего раздела окно Жесткости стержневых элементов.

После задания данных в окне Схема продольногокаркаса и нажатия кнопки ОК выполняется генерациярасчетной схемы (рис. 2.1.1).

Обратите внимание, что операция дублированиявыполняется только для стержневых конструкций, поперечноесечение которых сформировано с помощью параметрическогопрототипа. Для дублирования произвольных стержневыхсистем используются специальные функции, которые будутрассматриваться ниже.

Конечно, в реальном проектировании подобныерегулярные конструкции встречаются редко. Для того чтобыучесть фактическую нерегулярность и модифицироватьрасчетную схему в комплексе, предусмотрены операции по


45

Рис. 2.1.2. Диалоговое окноСхема продольного каркаса

удалению, дополнению и переносу узлов и элементов,назначению абсолютно жестких вставок, изменениюориентации местных осей элементов и т.п. Позже мыпознакомимся с ними. А сейчас продолжим рассмотрениесредств создания расчетной схемы на примере одноэтажноймногопролетной рамы.


46

Пространственныеодноэтажные рамы

Рис. 2.1.3. Диалоговое окноОдноэтажная рама

Вернемся к разделу Схема инструментальной панели ипосле нажатия кнопки Генерация прототипа рамы выберемв диалоговом окне Выбор конфигурации рамы (см.рис. 1.2.1) тип, изображенный слева. В диалоговом окнеОдноэтажная рама (рис. 2.1.3) зададим параметры расчетнойсхемы. Обратите внимание, что для этого класса конструкцийнаряду с вводом уже знакомых нам жесткостныххарактеристик элементов схемы и связей предусмотренавозможность задания таких данных, как уклоны ригелей,высотное и плановое положение опор подкрановых балок.

Зададим эти характеристики и сгенерируем схему,изображенную на рис. 2.1.4.

Для моделирования опирания подкрановых балок накрайних колоннах в расчетной схеме предусматриваетсясмещение осей подкрановой части колонны относительнонадкрановой части с использованием жестких вставок. Насредних колоннах вводятся промежуточные узлы и выборспособа моделирования опирания подкрановых балок(введение консолей, приведение нагрузок к центральному узлуи т.п.) остается за пользователем. Для того чтобы отобразитьна схеме жесткие вставки, воспользуемся кнопкой фильтров

. Так как жесткие вставки вводятся по направлениюместной оси Z1 элемента, то при отключенной кнопке фильтраэлементы, моделирующие надкрановую часть колонны, будутотображаться под углом.

Рис. 2.1.4. Расчетная схема поперечной одноэтажной рамы


47

Рис. 2.1.5. Диалоговое окноСхема продольного каркаса

для одноэтажных рам

Аналогично тому, как мы формировалипространственную схему многоэтажной конструкции,

воспользуемся кнопкой в разделе Схема и зададимпараметры дублирования поперечника. Эти операции выпол-няются в диалоговом окне (рис. 2.1.5). Обратите внимание, чтов этом случае задаются жесткостные характеристики для двухвидов стержней, связывающих поперечные рамы, если непредусматривается моделирование подкрановых балок, илитрех видов - если подкрановые балки введены в модель. Впервом случае стержни будут соединять верхние узлы колонн иточки перегиба балок покрытия, во втором - добавятсястержни, соединяющие узлы на отметках подкрановых балок.

Полученная в результате схема показана на рис. 2.1.6.

Рис. 2.1.6. Расчетная схема, полученная путем 4-кратногодублирования рамы (рис. 2.1.4) в направлении оси Y

Формирование плоскихшарнирно-стержневых систем Для формирования расчетной схемы фермы можно

воспользоваться имеющейся в комплексе библиотекойпараметрических прототипов, как нам кажется, наиболее частоиспользуемых ферм. Выбор прототипа фермы осуществляетсяпо двум параметрам - очертанию поясов и схеме решетки.После нажатия кнопки в разделе Схема открываетсядиалоговое окно Конфигурация поясов фермы (рис. 2.1.7), вкотором выбирается прототип фермы по очертанию поясов.


48

Рис. 2.1.7. Диалоговое окноКонфигурация поясов фермы

Рис. 2.1.8. Диалоговое окно Параметры фермы

В этом окне следует активизировать опцию снаименованием нужного прототипа и нажать кнопку ОК. Врезультате откроется диалоговое окно Параметры фермы(рис. 2.1.8), где и производится окончательный выборпрототипа и задание его параметров. Если параметры фермызаданы корректно, то после нажатия кнопки ОК на экран будетвыведена схема.

Обратите внимание, что при задании параметровфермы допускается два варианта определения панелей –указанием их количества или длины. В первом случае всепанели будут иметь одинаковую длину, во втором, - если длинафермы не кратна длине панели, крайние панелиукорачиваются.

В отличие от функции генерации расчетных схем попрототипам рамных конструкций при формировании шарнир-но-стержневых систем отсутствует операция назначенияжесткостей элементам схемы. Это связано с разнообразиемсечений элементов в системах такого класса. Для заданияжесткостей следует воспользоваться соответствующимифункциями в разделе Назначение.


49

Формирование расчетнойсхемы балочного ростверка

Рис. 2.1.9. Генерация балочногоростверка

Для формирования расчетной схемы балочногоростверка воспользуемся соответствующей функцией в разделеСхема. Аналогично другим прототипам стержневыхконструкций исходные данные для этого вида схем задаются в“своем” диалоговом окне (Рис. 2.1.9). Не будем подробноостанавливаться на правилах задания исходных данных, таккак они не отличаются от ввода характеристик рам. Отметимтолько, что при формировании схемы балочного ростверкапредусмотрена возможность создания схем двух конфигураций– открытой по контуру и замкнутой (Рис. 2.1.10 и 2.1.11,соответственно). Выбор конфигурации схемы выполняется спомощью соответствующих кнопок, расположенных в правойчасти окна.

Рис. 2.1.10. Пример открытого по контуруростверка

Рис. 2.1.11. Пример замкнутого по контуру ростверка


50

Создание схемы, используемой вкачестве подконструкции

Рис. 2.1.12. Окно сообщений

Рис. 2.1.13. Диалоговое окноРезультат генерации схемы

Если режим формирования расчетной схемыпараметрической конструкции активизируется нафоне уже существующей схемы, то появляется окносообщений (рис. 2.1.12), в котором предлагаетсявыбрать вариант продолжения работы:• удалить текущую схему и создать новую (кнопкаДа/Yes);

• использовать новую схему в качестведополняющей подсхемы (кнопка Нет/No).

В первом случае новая схема заменяет ранеесформированную. В случае выбора второго вариантапосле задания параметров расчетной схемыпоявляется диалоговое окно Результат генерациисхемы (рис. 2.1.13). В этом окне предусмотреныопции Сохранить как схему и Вызвать режимсборки. Активизация первой опции обеспечиваетсохранение новой схемы в виде самостоятельногопроекта, имя которого вводится в соответствующемполе. Если выбрана вторая опция, то послеподтверждения назначений кнопкой ОК автома-тически вызывается режим сборки, в котором новаясхема выступает в качестве подконструкции(подсхемы) ранее созданной схемы. Обе опцииможно использовать одновременно.

Плоские стержневые системыРассмотрим процесс формирования расчетных схем

стержневых конструкций, образно говоря, с “нуля”. При этомне будут использованы применявшиеся в предыдущем разделепараметрические прототипы. Последовательно, шаг за шагом,сформируем расчетную схему, используя для этого функцииввода узлов и элементов.

Активизируем закладку инструментальной панели

Узлы и элементы, где две кнопки – Узлы и –Элементы имеют еще незнакомое нам свойство. Посленажатия одной из них в разделе раскрывается набор кнопок,управляющих работой с Узлами или Элементами. Так какввести элементы, не привязывая их к узлам, невозможно,начнем с ввода узлов.


51

Ввод узлов

Рис. 2.1.14. Диалоговое окноВвод узлов

Нажмем кнопку Узлы и выберем в установившемсянаборе кнопок функцию Ввод узлов. В правом верхнем углурабочего поля открывается диалоговое окно Ввод узлов(рис. 2.1.14).

С помощью функций этого окна можно ввести одинузел или группу узлов, расположенных на одинаковомрасстоянии один от другого, т.е. с заданным шагом повторения.Для ввода одного узла достаточно задать его координаты вполях левой части окна и нажать кнопку Добавить. Если

активен фильтр Узлы (в противном случае вводимыеузлы не будут отображаться на экране), после каждого нажатиякнопки Добавить на экране будет появляться новый узел.

Наличие повторителя позволяет вводить сразу группуузлов. Для ввода группы узлов следует:

Ä в полях ввода координат ввести координатыпервого узла группы (X, Y, Z);

Ä активизировать режим Повторить;Ä ввести количество повторений в поле N;Ä в полях ввода приращений координат ввести

значения шага повторения в одном или несколькихнаправлениях (dX, dY, dZ);

Ä нажать кнопку Добавить.Так как диалоговое окно занимает часть экрана, то в

процессе ввода узлов рабочее поле экрана несколько умень-шается, что исключает попадание новых узлов под диалоговоеокно. После завершения операций ввода следует нажать кнопкуЗакрыть. Диалоговое окно закроется и изображение будетвновь занимать все рабочее поле. Ограничений на количествообращений к функции Ввод узлов нет. Если операцию надоповторить, следует опять нажать на кнопку Ввода узлов винструментальной панели. После того, как все или часть узловвведены, можно приступить к вводу элементов.

Ввод элементовНажмите кнопку Элементы и тем самым раскройте

набор кнопок, управляющих работой с элементами. Для вводастержневых элементов используется кнопка Ввод стержней.Активизируйте эту кнопку и установите курсор с мишенью напервый узел вводимого элемента. Нажмите левую кнопкумыши и протяните “резиновую нить” до второго узла.Вторичным нажатием левой кнопки в области второго узлазафиксируйте ввод элемента. Последовательно повторяяописанные выше действия, введите другие элементы.

Если в процессе ввода возникнет проблема точного


52

Рис. 2.1.15. Расчетная схематрехпролетной одноэтажной рамы

указания курсором на узел, то прицел курсора можно“загрубить”. Для этого, нажав на правую кнопку мыши,вызовите окно Выбор узлов и элементов (см. рис. 1.2.8) и вгруппе кнопок установки точности назначьте новое значение,отличное от нуля (см. раздел Выбор узлов и элементов вглаве 3).

Сейчас, основываясь на полученной информации,попробуем создать простую расчетную схему из стержневыхэлементов, например, трехпролетную одноэтажную раму,изображенную на рис. 2.1.15.В приведенной ниже таблице иллюстрируется порядоквыполнения операций в диалоговом окне Ввод узлов (см.рис. 2.1.14), который был использован при формировании этойсхемы.

X Y Z Признак dX dY dZ N Действие0.0 0.0 0.0 Повторить 24.0 0 0 3 Добавить0.0 0.0 12.2 Повторить 24.0 0 0 3 Добавить24.0 0.0 15.2 – Добавить48.0 0.0 15.2 – Добавить

После задания узлов можно перейти к вводуэлементов. При вводе вертикальных стержневых элементовжелательно придерживаться такого порядка отметки узлов, прикотором первым назначается нижний узел. В этом случаеместная ось элементов Х1 будет направлена вверх.

Вы, наверное, обратили внимание, что приформировании схемы использовались только две из множествафункций раздела Узлы и Элементы. Здесь не ставилась цельизучения этих функций. Им будет уделено особое внимание,так как с их помощью можно сформировать и модифицироватьсхемы самых сложных конструкций.


53

2.2 Расчетные схемыконструкций изпластинчатыхэлементов

В настоящем разделе рассмотрены функцииформирования расчетных схем из плоскостных конечныхэлементов. К ним относятся формирование прямоугольной итреугольной сеток конечных элементов на плоскости.

Формирование прямоугольнойсетки конечных элементов наплоскости

Рис. 2.2.1. Диалоговое окноГенерация пластинчатой схемы

Рис. 2.2.2. Прямоугольная плита спостоянным шагом сетки конечных

элементов

Рис. 2.2.3. Схема плиты с разным шагомсетки вдоль осей Х и Y

С помощью этой функции может быть созданапрямоугольная сетка с переменным или постоянным шагом,расположенная в плоскости XoY или XoZ. Назначениепараметров сетки выполняется в диалоговом окне,изображенном на рис. 2.2.1.

Тип схемы и ее положение в пространственазначаются с помощью кнопок, установленных в верхнейчасти окна. При правильном выборе типа схемы конечнымэлементам автоматически будет назначен тип и его непридется изменять в процессе работы со схемой. Плитам поумолчанию назначается тип 11, балкам–стенкам – 21,оболочкам – 41. Если для конкретной конструкциипредпочтительным является другой тип элемента, то он можетбыть назначен с помощью кнопки Тип элемента в диалоговомокне Назначение типа элемента (см. рис. 1.2.6). Длягенерации схемы введем в таблицу параметры разбивки подвум направлениям, а также жесткостные характеристикиэлементов (кнопка Жесткость). Работа с диалоговым окномназначения жесткостей пластинчатым элементам описываетсяв разделе 4.1.

В качестве примера рассмотрим генерацию плиты,10*5 м с шагом сетки 1м по обоим направлениям. Для этогозададим шаг 1м по направлению Х, количество шагов – 10, атакже шаг 1м по направлению Y, количество шагов – 5. Посленажатия кнопки ОК будет сформирована схема, показанная нарис. 2.2.2.

При формировании сетки с разным шагом вводятсявеличины шагов и количество повторений по каждомунаправлению. Если в предыдущем примере изменить величинушага в направлении Х на 0.5 м, получим схему, изображенную


54

на рис. 2.2.3.

И, наконец, рассмотрим случай, когда вдоль осейзадан переменный шаг сетки (рис. 2.2.4). В качестве примеразададим следующие параметры разбивки:

Шаг вдольоси Х

Количествошагов

Шаг вдольоси Y

Количествошагов

0.5 6 0.25 80.25 8 0.5 6

1 5

Рис. 2.2.4. Схема плиты с переменнымшагом сетки вдоль осей Х и Y

При назначении разного шага сетки следует помнить,что наиболее качественное решение будет получено присоотношении сторон четырехузловых конечных элементовблизким к 1. Не рекомендуется назначать соотношение более1/5. Идеальным в этом смысле является квадрат.

Формирование треугольнойсетки конечных элементов наплоскости

Автоматическая триангуляция замкнутой областипроизвольной формы на плоскости является одним из наиболееуниверсальных средств формирования сеток конечныхэлементов. В комплексе предусмотрена возможностьиспользовать триангуляцию как для создания новой схемы, таки для триангуляция фрагмента уже готовой схемы. Рассмотримслучай создания новой схемы.

Перед тем, как выполнить триангуляцию, необходимоввести узлы, через которые проходит контур, ограничивающийобласть триангуляции и, если это необходимо, внутренниеконтуры, в которых триангуляция не выполняется, например,отверстий. Для выполнения этой операции воспользуемся

кнопкой Ввод узлов – и зададим узлы внешнего контурасо следующими координатами:

узла X Y Z1 0.0 0.0 0.02 20.0 0.0 0.03 20.0 12.0 0.04 32.0 12.0 0.05 32.0 24.0 0.06 0.0 24.0 0.0

Аналогично введем узлы внутренних контуров:7 3.0 3.0 0.08 12.0 3.0 0.0


55

9 12.0 9.0 0.010 3.0 9.0 0.011 15.0 12.0 0.012 17.0 12.0 0.013 17.0 15.0 0.014 28.0 15.0 0.015 28.0 19.0 0.016 15.0 19.0 0.0

Рис. 2.2.5. Узлы, ограничивающиевнешний и внутренние контуры области

триангуляции

Рис. 2.2.6. Кнопки управления режимомтриангуляции

Положение и номера введенных узлов показаны нарис. 2.2.5. После ввода узлов активизируем в разделе Схемафункцию Формирование треугольной сетки конечныхэлементов на плоскости. В результате в инструментальнойпанели станут доступны кнопки управления режимомтриангуляции, изображенные на рис. 2.2.6.

Для триангуляции заданной области необходимовыполнить следующую последовательность операций:

Ä нажать кнопку Задание контура и обвести“резиновой нитью” опорные узлы внешнегоконтура (под “опорными” понимаются узлы,лежащие в угловых точках контура);

Ä нажать кнопку Задание контура и обвести“резиновой нитью” опорные узлы внутреннегоконтура;

Ä повторить предыдущую операцию для всехвнутренних контуров (рис. 2.2.7);

Ä нажать кнопку Генерация сетки конечных

элементов и установить в диалоговом окнепараметры триангуляции (рис. 2.2.8);

Ä после выхода из диалогового окна нажатиемкнопки ОК выполняется разбиение заданнойобласти на треугольные конечные элементы(рис. 2.2.9).

Остановимся подробнее на особенностях вводаконтура:• при вводе участка контура можно не останавливаться на

узлах, лежащих на прямой, соединяющей опорные узлы.Они будут введены в контур автоматически;

• замыкание контура выполняется двойным щелчком мышипосле ввода последнего узла или указанием на первый узел;

• не допускается наличие совпадающих узлов как опорных,так и промежуточных (здесь и далее под совпадающимибудем понимать узлы, имеющие одинаковые координаты);

• не допускается попадания внутрь контура совпадающихузлов;

• не допускается наличие внутри контура узлов, лежащих отконтура на расстоянии менее 0.15 заданного шагатриангуляции, так как это приведет к появлению


56

Рис. 2.2.7. Назначение контуров

вырожденных треугольников;• внутренние контуры не должны пересекать или касаться

наружного контура и один другого;• не допускается наличие контуров, лежащих вне контура,

ограничивающего область триангуляции;• введенный контур можно сохранить, нажав кнопку

Сохранение контура . Если к моменту сохранениязадано несколько контуров, то все они сохраняются пододним именем. Как правило, удобнее сохранять каждыйконтур отдельно. Для этого после ввода и сохраненияконтура следует нажать кнопку Отказ и только после этоговводить новый контур. Перед выполнением триангуляциинеобходимо нажатием кнопки Отказ очистить схему отвсех контуров, затем последовательно вызвать контуры изсписка, расположенного справа от кнопки сохранения, иактивизировать операцию Генерация сетки конечных

элементов .

Рис. 2.2.8. Диалоговое окноАвтоматическая триангуляция

Перед выполнением триангуляции в окне Автома-тическая триангуляция (см. рис. 2.2.8) нужно выбрать методтриангуляции. Здесь также можно задать жесткостные характе-ристики конечных элементов (для этого используется кнопкаЖесткости).

В соответствии с выбранным методом триангуляцияможет быть выполнена:

• только на заданных узлах,• с разбивкой области триангуляции с заданным шагом

вдоль координатных осей, но без вводадополнительных узлов на участках контура,

• с разбивкой и контура и области триангуляции всоответствии с заданным шагом.Если в диалоговом окне Автоматическая триангу-

ляция установлен признак объединения трехузловыхэлементов в четырехузловые, то в процессе формированиясхемы такое объединение будет выполнено для всехдопустимых пар треугольников.

Схема, созданная в результате триангуляции,фактически является самостоятельной подсхемой, и послезавершения триангуляции ее нужно “установить на место”, т.е.присоединить к узлам, на которых выполнялась триангуляция

(кнопка – Установка сформированной схемы поместу).

Если подсхему предполагается присоединять к другимфрагментам схемы, ее можно сохранить и как самостоятельную


57

Рис. 2.2.9. Расчетная схема, полученнаяв результате выполнения триангуляции

Некоторые "тонкости"

схему, воспользовавшись для этого кнопкой Записьрезультатов триангуляции. При этом схема должна бытьзаписана под новым именем, отличным от имени основнойсхемы.

В отличие от создания новой схемы, триангуляцияобласти, принадлежащей уже существующей расчетной схеме,выполняется путем задания контура непосредственно наисходной схеме или ее фрагменте. После завершениятриангуляции полученная схема может быть сохранена каксамостоятельная схема (кнопка Запись результатовтриангуляции), установлена по месту в схему (кнопкаУстановка сформированной схемы по месту) или выполненыобе эти операции.

Окончательная фиксация результатов триангуляциивыполняется только после выхода из режима триангуляции(отжата кнопка Формирование треугольной сетки конечныхэлементов на плоскости). В этом случае на экран выводитсярезультирующая расчетная схема. В течение одного “сеанса”можно выполнить триангуляцию только одной области, затемзакрыть режим триангуляции. Для триангуляции другойобласти следует снова активизировать режим триангуляции.

Если в результате триангуляции создана новая схема,то ее присоединение к основной схеме выполняется в режимеСборка (см. раздел 2.6).

• Если в область триангуляции попали стержневые элементы,включая контурные, то их следует предварительно разбитьна ряд элементов по длине в соответствии спредполагаемым шагом триангуляции;

• перед выполнением триангуляции выполняется порождениеузлов вдоль стержневых элементов, находящихся в областитриангуляции и на контуре. Эти узлы учитываются привыполнении триангуляции, что исключает пересечениестежня пластинами. Однако, автоматическое дроблениестержней на ряд элементов не выполняется. Эту операциюможно выполнить после триангуляции, воспользовавшисьфункцией Добавление стержней с учетом промежу-точных узлов в разделе Узлы и Элементы, после чегоудалить ранее заданные стержни;

• все узлы, попавшие в область триангуляции и непринадлежащие области внутренних контуров, будут учтеныпри формировании сетки;

• триангуляция не выполняется если в области триангуляцииесть совпадающие узлы или стержневые элементы, укоторых один из узлов лежит вне этой области;

• если по какой-либо причине необходимо повторить ввод


58

контура, то перед этим надо обязательно нажать на кнопку

– Отказ, в противном случае будет выдано сообщениеоб ошибке.


59

2.3 Поверхности вращения

Рис. 2.3.1. Диалоговое окноСоздание поверхности вращения

Здесь рассмотрены операции создания расчетных схемили их фрагментов, моделируемых с помощью стандартныхповерхностей вращения. В комплексе предусмотренавозможность создания схем в виде цилиндра, конуса, сферы итора. При этом термин “поверхности” может показаться несовсем точным, так как схемы можно создавать и изстержневых элементов, узлы которых лежат на этойповерхности.

Рассмотрим диалоговое окно Создание поверхностивращения, в котором назначается вид поверхности и задаютсяее характеристики (рис. 2.3.1). Характеристики схемысодержат: вид элементов (стержни, пластины), форму сеткиэлементов (для стержневых элементов – решетки), размеры идругие данные, необходимые для генерации поверхности.

В процессе задания параметров схемы могут бытьназначены типы элементов и их жесткости. По умолчанию длястержней принят тип 5, а для пластин – 42 (треугольники)или 44 (четырехугольники).

Ниже приведены правила подготовки исходныхданных при формировании различных схем поверхностейвращения.

Порядок выполнения операций назначенияхарактеристик поверхности вращения:

Ä выбрать вид поверхности;Ä выбрать вид элементов схемы;Ä назначить тип разбивки;Ä ввести геометрические характеристики;Ä назначить жесткостные характеристики элементов

(этот шаг целесообразно выполнять, если все илибольшинство элементов имеют одинаковыехарактеристики);

Ä нажать кнопку ОК.


60

Вычисление радиуса по хорде

Рис. 2.3.2. Диалоговое окноВычисление радиуса по хорде

В тех случаях, когда при описании цилиндра, конусаили сферы задание длины грани (хорды) предпочтительнее,чем задание радиуса поверхности, можно воспользоватьсяоперацией вычисления радиуса, как функции от количестваграней и длины хорды. В этом случае необходимо задать коли-чество граней (nR - количество элементов в основании цилинд-ра или конуса, а для сферы - по экватору) и нажать кнопкувызова диалогового окна Вычисление радиуса по хорде(рис. 2.3.2), расположенную слева от поля ввода радиуса.

В этом окне следует ввести длину хорды и нажатькнопку Вычислить. После нажатия кнопки Применить окнозакрывается, а результат автоматически переносится всоответствующее поле ввода окна Создание поверхностивращения.

Цилиндр

Цилиндр с центральным углом 1200

При формировании цилиндра задаются следующиепараметры:

R – радиус цилиндра;H – высота цилиндра;nH – количество элементов по высоте цилиндра;nR – то же, в основании цилиндра;Угол вращения (α) – центральный угол в градусах(0 < α ≤ 360).Если угол вращения меньше 3600, то формируется

незамкнутая поверхность.Для цилиндров может быть выбрана любая форма

сетки (решетки) конечных элементов.


61

Конус

Усеченный конус (R > r)

Усеченный конус (R < r)

Конус может быть полным или усеченным. В случаеформирования усеченного конуса r > 0.

При формировании конуса задаются следующиепараметры:

R – радиус основания конуса;r – радиус вершины усеченного конуса;H – высота конуса;nH – количество элементов по высоте конуса;nR – то же, в основании конуса;Угол вращения (α) – центральный угол в градусах(0< α≤360).Если угол вращения меньше 3600, то формируется

незамкнутая поверхность.Для конуса может быть выбрана любая форма сетки

(решетки) конечных элементов.


62

Сфера

Сфера(R = 0, r = 0, H – диаметр сферы)

Фрагмент сферы (R = 2, r = 4, H > 0)

При формировании сферы задаются следующиепараметры:

R – радиус нижней секущей плоскости;r – радиус верхней секущей плоскости;H – расстояние между верхней и нижней секущимиплоскостями;nH – количество элементов по высоте сферы;nR – то же, по экватору сферы;Угол вращения (α) – центральный угол в градусах(0< α≤360).Если угол вращения меньше 3600, то формируется

незамкнутая поверхность. Для формирования полной сферызначения радиусов секущих плоскостей задаются равныминулю, а высота Н должна равняться диаметру сферы.

Для сферы может быть выбрана любая форма сетки(решетки) конечных элементов.


63

Тор

Рис. 2.3.3. Схема трубы спиралевиднойформы (Н > 0)

При формировании тора задаются следующие данные:R – радиус тора, измеряемый от центра вращения дооси, проходящей через центр сечения тора;r – радиус сечения;H – шаг спирали;nr – количество элементов в сечении тора;nR – то же, по длине тора;Угол вращения (α) – центральный угол в градусах.

При α > 3600 и Н > 0 формируется спираль (рис. 2.3.3). Приформировании спирали из пластинчатых элементов существуетограничение на выбор формы сетки. В этом случае, например,нельзя использовать четырехузловые элементы, так каквозможен выход узлов из плоскости элемента. Блокировканедопустимых форм сетки выполняется автоматически.


64

2.4 Формированиеповерхностейвращения, заданныханалитически

Для формирования поверхностей вращения, заданныханалитически, можно воспользоваться специальной функциейСоздание поверхности вращения по заданной формуле.Данные для выполнения этой функции вводятся в диалоговомокне Формирование поверхности вращения (рис. 2.4.1). Каки в предыдущем случае, схема может быть сформирована какиз стержневых, так и из пластинчатых элементов. С помощьюэтой функции могут быть сформированы замкнутые,разомкнутые и спиралевидные поверхности. Если поверхностьзамкнута, то следует активизировать опцию Замкнутаяповерхность.

Рис. 2.4.1. Диалоговое окноФормирование поверхности

вращения

Рис. 2.4.2. Поверхность вращения,заданная аналитически

Для формирования замкнутой поверхности следуетзадать следующие параметры:

R1 – начальный радиус окружности;R2 – конечный радиус окружности;Nr – количество элементов по радиусу;Nh – количество элементов по высоте.При этом R1 и R2 рассматриваются как радиусы

окружностей соответственно в нижней и верхней точкахповерхности.

Для изменения пространственного положенияполученной схемы можно воспользоваться функциямигеометрических преобразований (раздел 2.10).

Правила ввода математических формул описаны ниже.Существует ограничение по использованию сеток

четырехузловых элементов для схем из пластинчатыхэлементов, связанное с возможным выходом узлов изплоскости элемента.


На рис. 2.4.2 приведен пример замкнутой поверхности,полученной путем задания зависимости

( )( ) ( )z x x x= ⋅ − +3 3 1/ , при активной опции Замкнутая

поверхность и следующих значениях параметров: R1 = 1 м;R2 = 3 м; Nr = 30; Nh = 10.


65

Рис.2.4.3а. Незамкнутая поверхностьвращения

Рис.2.4.3б. Спиралевидная поверхностьвращения

Для получения незамкнутых поверхностейдополнительно следует задать значения начального иконечного углов дуги. Так, для начального и конечного углов 0 и 270о соответственно будет получена поверхность,изображенная на рис. 2.4.3а (в этом случае использованастержневая модель).

И, наконец, для получения спиралевидной поверхностив формулу необходимо ввести вторую переменную – Y,изменение которой описывает процесс “закручивания”спирали, как функции угла. Например, дополнив формулувторой переменной – y/100

( )( ) ( )z x x x y= ⋅ − + +3 3 1 100/ /при значениях начального и конечного углов 0 и 720о

соответственно, получим новую схему (рис. 2.4.3б). Здеськоличество элементов по радиусу nR = 100.

Правила вводаматематических формул

При вводе математических формул следует соблюдатьследующие правила:• наименования функций вводить строчными буквами

латинского алфавита;• в качестве разделителя дробной и целой частей числа

использовать точку;• в качестве аргументов использовать латинские буквы x и y;• арифметические операции задавать символами +, –, *, /,

возведение в степень - ** (например, х3 записывается какх**3).

При записи формул можно использовать следующиефункции:floor – наибольшее целоене превышающее заданноеtan – тангенсsin – синусcos – косинусasin – арксинусacos – арккосинусatan – арктангенсexp – экспонента

ceil – наименьшее целоепревышающее заданноеtanh – тангенс гиперболическийsinh – синус гиперболическийcosh – косинус гиперболическийlog – натуральный логарифмlog10 – десятичный логарифмabs – абсолютное значениеsqrt – корень квадратный


66

2.5 Формированиеповерхностей,заданныханалитически

Рис. 2.5.1. Диалоговое окноФормирование поверхности

Аналитически заданные поверхности формируютсятабулированием функции двух переменных z = f(x,y) сзаданными интервалом и шагом для каждой переменной.Данные для выполнения этой функции вводятся в диалоговомокне Формирование поверхности (рис. 2.5.1). Схема можетбыть сформирована как из стержневых, так и из пластинчатыхэлементов. Для выполнения функции необходимо ввестиформулу поверхности и задать следующие характеристики:Хнач – начальное значение Х;Хкон – конечное значение Х;Nx – количество элементов по направлению Х;Yнач – начальное значение Y;Yкон – конечное значение Y;Ny – количество элементов по направлению Y.

Правила ввода математических формул приведены вразделе 2.4.


Рис. 2.5.2. Расчетная схема оболочки

В качестве примера сформируем оболочку, заданнуюзависимостью z = (1 – x2/30 –y2/30)/3при следующих значениях характеристик: Хнач=−30м;Хкон=30м; Nx = 15; Yнач =−30 м; Yкон = 30 м; Ny = 15.Полученная в результате расчетная схема оболочки изображенана рис. 2.5.2.


67

2.6 Сборка схемы изнескольких схем

Часто при формировании расчетной схемы возникаетнеобходимость ее сборки из нескольких заранееприготовленных схем или групп элементов (создание групп иработа с ними описаны в разделе 3.3). При этом схемы,используемые при сборке, могут включать не толькогеометрические характеристики, но и связи, жесткости,нагрузки и т.п. Выполняя сборку, следует иметь ввиду – схемы,участвующие в сборке, должны быть сформированы содинаковыми единицами измерения всех величин. Дляудобства схему, к которой присоединяются другие схемы,будем называть основной, а присоединяемые схемы илигруппы – подсхемами. При этом в качестве основной схемыможет быть использован даже один узел, а в качествеподсхемы – любая другая схема, в том числе и основная, атакже группа элементов. После выполнения сборки собраннаясхема будет уже основной.

Рис. 2.6.1. Кнопки управления режимом сборки

Рис. 2.6.2. Диалоговое окноОткрытие проекта SCAD

Рекомендуется следующий порядок сборки схем:Ä открыть готовый проект с основной схемой или

сформировать ее в режиме Новый проект;

Ä в разделе Схема нажать кнопку , в результатечего в инструментальной панели появится группауправляющих кнопок операции сборки (рис. 2.6.1),а в рабочем поле появится окно для загрузкиподсхемы;

Ä нажать кнопку загрузки подсхемы ;Ä в окне Открытие проекта SCAD (рис. 2.6.2)

выбрать имя файла проекта подсхемы и нажатькнопку ОТКРЫТЬ(Оpen), в результате чегоподсхема будет загружена в окно подсхемы (рис.2.6.3);

Ä нажать кнопку выбора способа сборки ;Ä в диалоговом окне Сборка схемы (рис. 2.6.4)

назначить способ и правила сборки и нажатькнопку ОК;

Ä в зависимости от выбранного способа сборкивыбрать на схеме и подсхеме один, два или триузла стыковки и нажать кнопку ОК в


68

Рис. 2.6.3. Общий вид основного окна иокна подсхемы в режиме сборки

Рис. 2.6.4. Диалоговое окноСборка схемы

Рис. 2.6.5. Диалоговое окноРезультат

инструментальной панели;

Ä после выполнения сборки на экран выводитсярезультирующая схема и диалоговое окноРезультат, в котором предлагается выбратьвариант продолжения работы (рис. 2.6.5).

Первый вариант – Подтвердить сборку. Всоответствии с установленными правилами сборки будетобразована новая основная схема как результат объединенияосновной схемы и подсхемы.

Второй вариант – Отказаться от сборки. В результатеосновная схема останется в том же состоянии, что и до сборки.

Третий вариант – Перевернуть. Подсхема займетновое положение относительно узла/узлов стыковки, котороеобразуется поворотом на 180о вокруг узлов стыковки илизаданной ранее оси вращения (при сборке с одним узломстыковки).


69

Сборка с группами элементов

Рис. 2.6.6. Диалоговое окноВыбор групп элементов

В качестве подсхем могут использоваться и группыэлементов. Сборка с группами элементов выполняется по темже правилам, что и сборка схем из схем. Выбор группвыполняется в диалоговом окне Выбор групп элементов(рис. 2.6.6). В отличие от сборки из схем в сборке с группамиэлементов могут одновременно участвовать несколько групп,выбранных в списке.

Способы сборки Стыковка по трем узлам – осуществляется двумяспособами. При первом - привязка подсхемы выполняется кдвум узлам – красному и зеленому, а желтый узел определяетплоскость (направление) сборки. В этом случае схема можетзанимать два положения относительно узлов привязки, поэтомупосле выполнения сборки полезной может оказаться операцияПеревернуть, описанная выше. При втором способе привязкаподсхемы выполняется к трем узлам и ее положениеопределено однозначно.

Стыковка по двум узлам осуществляетсясовмещением одноцветных узлов стыковки на схеме иподсхеме. Очевидно, что в этом случае подсхема можетзанимать любое положение относительно узлов стыковки и длятого, чтобы определить его однозначно, необходимо задатьугол поворота подсхемы вокруг оси, проходящей через этиузлы.

Стыковка по одному узлу осуществляетсясовмещением узлов стыковки на схеме и подсхеме содновременным разворотом подсхемы на заданный угол вокругуказанной оси, проходящей через узел стыковки.

Привязка к точке с заданными координатамиосуществляется аналогично стыковке по одному узлу. Роль узлав основной схеме выполняет точка с заданными координатами,к которой присоединяется выбранный узел подсхемы.


70

Правила выполнения сборки Сборка может выполняться по различным правилам ис заданной точностью совмещения узлов. Точность совмещениязадается в долях от установленных единиц измерениялинейных размеров и определяет, какие узлы считатьсовпадающими. Если после выполнения сборки расстояниемежду узлом схемы и узлом подсхемы меньше или равноустановленному значению точности, то в режиме объединениясовпадающих узлов такие узлы совмещаются в один узел.

При активной опции Не включать совпадающиеэлементы в диалоговом окне Сборка схемы (см. рис. 2.6.4) издвух совпавших элементов основной схемы и подсхемы(элементы считаются совпавшими, если совпадают все ихузлы) в результирующей схеме остается элемент основнойсхемы. У этого элемента все характеристики, включаянагрузки, будут такими же, как у элемента основной схемы.Если эта опция не активна, то в результирующей схеме будутприсутствовать одновременно все элементы схемы и подсхемы.

При активной опции Объединение совпадающихузлов из результирующей схемы удаляются все узлыподсхемы, которые совпали с узлами основной схемы. Связи инагрузки, приложенные в узлах, будут соответствоватьзаданным в основной схеме.

При активной опции Отсутствие связи междусовпавшими узлами в результирующей схеме будутприсутствовать все узлы обеих схем без какой–либо связимежду ними.

При активной опции Шарнирное соединение узловмежду совпавшими узлами будут установлены шарниры понаправлениям, на которые не наложены связи. В результате понаправлениям связей задается объединение перемещениймежду узлом схемы и подсхемы. Связи задаются с помощьюмаркеров в группе Направление связей.

Показатель точности совмещения узлов при сборкеявляется самостоятельным параметром и можетотличаться от величины, определяющей точность

совпадения узлов в схеме.

Работа с нагрузками Если в сборке участвуют схемы, к которым былиприложены нагрузки, то при назначении правил выполнениясборки следует указать, как поступать с нагрузками.

Предлагается три способа учета нагрузок подсхем:• включение нагрузок, приложенных к подсхемам, в


71

соответствующие загружения основной схемы;• запись каждого загружения подсхем в виде группы

нагрузок;• игнорирование нагрузок подсхем.

Нагрузки, приложенные к основной схеме, остаютсявсегда. Если одна или несколько подсхем имеют большезагружений, чем основная схема, то эти загружениядобавляются к ранее назначенным загружениям основнойсхемы.

При переносе нагрузок с подсхемы в результирующуюсхему следует учитывать, что операции объединения совпада-ющих узлов и элементов (они выполняются, если включенысоответствующие маркеры в диалоговом окне Сборка схемы)имеют приоритет и выполняются раньше операций переносанагрузок. Следовательно, если нагрузки в подсхеме заданы вузлах, совпадающих с узлами основной схемы, то послеудаления узлов подсхемы будут удалены и нагрузки. Это жеотносится и к элементам. В тех случаях, когда нагрузкидолжны быть учтены, следует при назначении правил сборкиотключить опции объединения совпадающих объектов, выпол-нить сборку, а затем удалить совпадающие узлы и элементы,воспользовавшись для этого соответствующими режимами вразделе Узлы и Элементы инструментальной панели.

Если к узлам или элементам основной схемы,совпадающими с объектами подсхемы, не приложенынагрузки, то проблему переноса нагрузок можно решить,поменяв статус схем при сборке, т.е. принять за основнуюсхему подсхему и наоборот.

После выполнения сборки в результирующей схемединамические загружения не сохраняются и должны

быть заданы снова.

Окно подсхемы Окно подсхемы может иметь любые размеры изанимать любое положение на экране. Часто для удобствасборки приходится работать с фрагментами подсхемы илиизменять ее положение в пространстве. Для этого в окнеподсхемы предусмотрена инструментальная панель (рис. 2.6.7),включающая те же функции, что и панель Визуализацияосновного окна. Подробно работа с этими функциями описанав разделе 7.


72

Рис. 2.6.7. Окно подсхемы


73

2.7 Копирование расчетнойсхемы

Рис. 2.7.1. Диалоговое окноКопирование схемы

Рассмотрим еще один достаточно эффективный способсоздания расчетной схемы, действие которого основано накопировании с заданными шагом и направлением схемы–прототипа. Копироваться может как готовая схема, т.е. свведенными жесткостными характеристиками, шарнирами,связями, нагрузками и т.п., так и схема, для которой заданатолько часть характеристик.

Вызов режима копирования выполняется кнопкой израздела Схема. Копирование может выполняться по различ-ным правилам.

В простейшем случае схема просто повторяетсязаданное количество раз. В процессе повторений выполняетсяконтроль совпадения узлов и элементов и, если был установленмаркер исключения совпадающих объектов, то они удаляютсяиз результирующей схемы.

При копировании схемы с выбранными (отмечен-ными) узлами и элементами:• если в схеме-прототипе были выбраны узлы, из каждого

такого узла порождается стержневой элемент,соединяющий его с узлом-аналогом на копии;

• если в схеме-прототипе были выбраны стержневыеэлементы, каждый выбранный стержень будет порождатьпластинчатый элемент (трехузловой – тип 42 иличетырехузловой – тип 44), размер которого в направлениикопирования будет равен заданному шагу копирования;

• если в схеме-прототипе были выбраны пластинчатыеэлементы, каждый выбранный элемент будет порождатьобъемный элемент (тип 36, 33 или 34), размер которого внаправлении копирования будет равен заданному шагукопирования (см. раздел 2.9).

Копирование будет выполняться и для любойкомбинации выбранных объектов.

Управление режимом копирования выполняется вдиалоговом окне Копирование схемы (рис. 2.7.1), в которомустанавливается направление копирования – по прямой вдольосей общей системы координат или по дуге окружности вокругзаданной оси (ось вращения проходит через начало общейсистемы координат). В обоих случаях задаются шагиповторений прототипа и количество повторений для каждогошага, а также назначаются правила “обслуживания” копии.При копировании по дуге в качестве шага вводитсяцентральный угол в градусах.

Остановимся подробнее на правилах обслуживаниякопии. Они назначаются активизацией соответствующих


74

Рис. 2.7.2. Схема-прототип

маркеров и позволяют выполнить следующие операции:

• Копирование нагрузок, т.е. перенос из схемы-прототипавсех нагрузок на схемы-копии;

• Не включать совпадающие узлы – если в результатекопирования появятся узлы с одинаковыми координатами,то в результирующей схеме из них останется только одинузел. Два узла считаются совпадающими, если расстояниемежду ними меньше величины, заданной пользователем вдиалоговом окне “Настройка графической среды” (см.раздел меню Опции);

• Не включать совпадающие элементы – если врезультате копирования появятся элементы, все узлыкоторых совпадают, то в результирующей схеме из нихостанется только один элемент;

• Не удалять стержни, породившие пластины – этотмаркер будет доступен, если в схеме есть отмеченныестержни. При активном маркере стержни не удаляются израсчетной схемы;

• Не изменять исходный прототип – этот пункт позволяетсохранить схему-прототип без изменений в тех случаях,когда удаляются стержни, порождающие пластины.

Рис. 2.7.3. Результирующая схема

В общем случае предлагается следующий порядок выполненияоперации копирования:1. При копировании схемы без порождения новых элементов

Ä в разделе Схема нажатием кнопку активизировать режим копирования;

Ä в диалоговом окне Копирование схемы назначитьпараметры копирования, правила обслуживаниякопий и нажать кнопку ОК;

Ä после выполнения копирования подтвердитьрезультаты работы или отказаться от них.

2. При копировании с порождением новых элементовÄ в разделе Узлы и Элементы активизировать режим

Узлы , нажать кнопку выбора узлов ивыбрать на прототипе узлы, из которых следуетпорождать стержни;

Ä в разделе Элементы нажать кнопку выбора

элементов и выбрать на прототипе стержневыеэлементы, которые должны порождать пластины;

Ä в разделе Схема нажатием кнопки активи-зировать режим копирования;

Ä в диалоговом окне Копирование схемы назначитьпараметры копирования, правила обслуживания


75

копий и нажать кнопку ОК;Ä после выполнения копирования подтвердить

результаты работы или отказаться от них.Рассмотрим несколько примеров выполнения операции

копирования. В первом случае скопируем 8 раз схему-прототип(рис. 2.7.2.) в направлении оси Z с шагом 3 м. Результирующаясхема (развернутая для наглядности на угол 600 ) показана нарис. 2.7.3.

Рис. 2.7.4. Схема-прототип

Рис. 2.7.5. Результаты копированияпрототипа с порождением стержней

Рис. 2.7.6. Результаты копированияпрототипа с порождением стержней и

пластин

В следующем примере в качестве схемы-прототипаиспользована стержневая конструкция, верхний пояс которойпредставляет собой параболу (рис. 2.7.4).

Копирование выполнялось 24 раза поворотом вокругоси Z. Из каждого отмеченного узла порождался стержень.Результат работы функции представлен на рис. 2.7.5.

Если в схеме-прототипе кроме узлов будут выбраны истержни верхнего пояса, то в результате копирования получимсхему, изображенную на рис. 2.7.6. Обратите внимание:каждый выбранный стержень породил пластину.

В рассмотренном способе копирования операциивыполняются только над полной расчетной схемой, т.е.прототип не может быть фрагментом схемы.

Вопросы порождения в процессе копирования объем-ных элементов рассматриваются в разделе 2.9.


76

2.8 Копированиефрагмента схемы

Кроме копирования полной схемы возможно икопирование фрагмента. В качестве фрагмента рассматри-вается любая часть схемы, все элементы которой выбраны.При копировании фрагмента не выполняется порождениестержней из выбранных узлов, пластин – из выбранныхстержней и объемных элементов – из выбранных пластин. Вдиалоговом окне Копирование фрагмента схемы задаютсяшаги повторений выбранного фрагмента и количествоповторений для каждого шага, а также назначаются правила“обслуживания” копии. При копировании по дуге за шагпринимается центральный угол в градусах.


77

2.9 Формированиерасчетных схем изобъемных элементов

Рис. 2.9.1. Расчетная схема изпластинчатых элементов, используемая

в качестве прототипа

Рис. 2.9.2. Расчетная схема из объемныхэлементов

Функция копирования может использоваться и дляформирования расчетных схем из объемных элементов. В этомслучае прототипом является схема из пластинчатых элементов.Для образования объемных элементов используется правило:отмеченная на прототипе пластина порождает объемныйэлемент. При этом, если на прототипе выбраны узлы, стержнии пластины, то будет создана комбинированная схема изстержневых, пластинчатых и объемных элементов.

В качестве примера рассмотрим формированиерасчетной схемы из объемных элементов на основе прототипа,приведенного на рис. 2.9.1 (прототип получен путемавтоматической триангуляции заданной области, лежащей вплоскости XoY).

Выберем все элементы прототипа и активизируем

функцию копирования в разделе Схема – . В диалоговомокне Копирование схемы установим направлениекопирования – Z, количество повторений прототипа и шаг.После нажатия кнопки OK будет сформирована расчетнаясхема, приведенная на рис. 2.9.2.

Аналогичным образом можно сформировать схему ипутем копирования прототипа по дуге окружности. При этомследует так определить точку начала осей общей системыкоординат, чтобы ось вращения не пересекала элементыпрототипа.


78

2.10 Геометрическиепреобразования

Рис. 2.10.1. Диалоговое окноГеометрические преобразования

Режим геометрических преобразований включаетфункции, выполняющие модификацию геометрии расчетнойсхемы или ее фрагмента. К ним относятся функции переносакоординат узлов, разворота вокруг заданной оси,масштабирования, зеркального отражения и др.

Кнопка вызова этого режима расположена в разделеСхема инструментальной панели и нажатие ее открываетдиалоговое окно Геометрические преобразования(рис. 2.10.1).

Если режим преобразования относится ко всей схеме,то он будет выполнен после нажатия кнопки ОК диалоговогоокна. При преобразовании фрагмента (группы узлов) следуетсначала выбрать фрагмент, а затем назначить и выполнитьнеобходимую функцию.

Перенос С помощью этой функции выполняется перенос узловвместе с примыкающими элементами на заданное расстояниеот исходного положения. Если на схеме не выбран ни одинузел, то перенос будет реализован для всей схемы. В техслучаях, когда на схеме выбрана группа узлов, будутперенесены только узлы группы. Для выполнения функцииактивизируем опцию Перенос, введем приращения координати подтвердим назначения нажатием кнопки ОК в диалоговомокне.

Поворот вокруг заданной оси С помощью этой функции выполняется поворот схемыили группы узлов (вместе с примыкающими к нимэлементами) на заданный угол вокруг указанной оси. Порядоквыполнения традиционный – активизируем опцию с именемнужной оси, введем угол и нажмем кнопку ОК. Для того чтобыполучить корректный результат, необходимо контролироватьположение начала общей системы координат, вокруг осейкоторой выполняется поворот. Напомним, что начало системыкоординат может занимать любое место в схеме и даже вне ее,а перенос в нужный узел выполняется функцией Переносначала системы координат в заданный узел в разделе Узлыи Элементы (если узла нет, его можно создать).


79

Несмотря на кажущуюся простоту, у этой функции естьмного “подводных камней”. При выполнении поворота группынеобходимо следить за тем, чтобы не возникало пересеченийповорачиваемых элементов с неподвижной частью схемы, дляпластинчатых элементов возможно изменение формы и потеряплоскосности, а неправильное назначение точки началакоординат может привести к неожиданному результату.

Масштабирование вдользаданной прямой

Эта функция используется для изменения размероврасчетной схемы или ее фрагмента, заданного группой узлов,вдоль указанного направления. Направление масштабированияопределяется прямой, проходящей через два узла. Длявыполнения активизируем в диалоговом окне нужную опцию,введем коэффициент масштабирования (положительное число)и нажмем кнопку ОК. Выберем курсором первый узел прямой,определяющей направление масштабирования, и протянемрезиновую нить до второго узла. Масштабирование будетвыполнено после фиксации второго узла. При назначениипрямой не обязательно, чтобы определяющие ее узлы принад-лежали группе, для которой выполняется масштабирование.Указанная прямая определяет только направление.

Не забудьте проконтролировать результатывыполнения функции. Здесь возможны те же нарушения формыэлементов и их пересечения, что и в предыдущем случае.

Масштабирование в заданнойплоскости

Работа с этой функцией аналогична предыдущей.Масштабирование выполняется для всей схемы или выбраннойгруппы узлов в плоскостях, параллельных заданной плоскости.Рекомендуется следующий порядок выполнения операций.

Для всей схемы:Ä активизировать в диалоговом окне опцию мас-

штабирования в заданной плоскости;Ä ввести коэффициент масштабирования;Ä нажать кнопку ОК;Ä выбрать на схеме три узла, лежащих в

плоскости масштабирования.После выбора третьего узла масштабирование

выполняется автоматически.Для группы узлов:Ä выбрать на схеме узлы, для которых

выполняется масштабирование;Ä вызвать режим геометрических преобразований;Ä активизировать в диалоговом окне опцию мас-

штабирования в заданной плоскости;


80

Ä ввести коэффициент масштабирования;Ä нажать на кнопку ОК;Ä выбрать на схеме три узла, лежащих в

плоскости масштабирования или параллельнойей плоскости.

После отметки третьего узла масштабированиевыполняется автоматически.

Масштабирование (полное) Здесь выполняется масштабирование схемы или еечасти, выбранной как группа узлов, по всем направлениямвдоль осей общей системы координат в соответствии сзаданным коэффициентом масштабирования.

Масштабирование будет выполнено автоматическипосле нажатия кнопки ОК в диалоговом окне.

Зеркальное отражение позаданной оси

Эти функции выполняют зеркальное отражение всейсхемы или ее части, отмеченной как группа узлов, зеркальновдоль выбранной оси. Как и в предыдущих случаях,предупреждаем об опасностях, связанных с возможнымизменением направления местных осей элементов.

Всякий раз, когда приходится обращаться кфункциям геометрических преобразований, будьтепредельно внимательны. Если нет полнойуверенности в правильности выбранного способапреобразования, лучше сохранить текущее состояниепроекта. Предпочтительней (в случае неудачи)потерять немного времени на загрузку проекта, чемначать всю работу сначала.

Обратите внимание, что в диалоговом окнеГеометрические преобразования все последниезначения углов, коэффициентов масштабирования ит.п. сохраняются. Это позволяет “вернуть” назаднеудачную операцию, задав, например, для углов


81

поворота, тот же угол, но с обратным знаком.

Примеры выполнениягеометрическихпреобразований

Рассмотрим несколько примеров использованиягеометрических преобразований, связанных с функциямиповорота, масштабирования и зеркализации.

Пример 1

Рис. 2.10.2. Исходная схема балки

Операцию поворота рассмотрим на примере Z-образной балки (рис 2.10.2).

Рис. 2.10.3. Результат выполненияоперации поворота на 120 для группы

узлов в начале балки

“Изогнем” балку на 12 градусов вокруг оси Z нарасстоянии 10м от левого края балки. Для этого следует:

Ä перенести начало общей системы координат водин из узлов, лежащих на линии перегиба;

Ä выбрать узлы от линии перегиба до правого краябалки;

Ä вызвать режим Геометрические преобра-зования;

Ä активизировать функцию поворота вокруг оси Z наугол 12 градусов;

Ä нажать на кнопку ОК.На рис. 2.10.3 приведена схема, полученная в результатевыполнения описанных выше действий.

Рис. 2.10.4. Результат выполненияоперации поворота на −120 для группы

узлов в конце балки

Повторим проделанные операции для последних десятиметров балки, развернув их на угол −120. Результат приведенна Рис. 2.10.4.


82

Пример 2

Рис. 2.10.5. Результатымасштабирования по заданной прямой

На примере этой же балки рассмотрим операциюмасштабирования вдоль заданной прямой. Увеличим высотубалки в два раза. Для этого следует:

Ä вызвать режим Геометрическиепреобразования;

Ä установить функцию масштабирования вдользаданной прямой;

Ä ввести коэффициент масштабирования, равный 2,и нажать кнопку ОК.

Ä соединить резиновой нитью два узла стенки,лежащие на одной вертикали.

После отметки второго узла схема будетавтоматически преобразована (рис. 2.10.5).

Пример 3

Рис. 2.10.6. Исходная схема цилиндра

Рис. 2.10.7. Схема, полученная врезультате выполнения функции

масштабирования

Для иллюстрации возможностей масштабирования взаданной плоскости воспользуемся расчетной схемой цилиндра(рис. 2.10.6). Увеличим диаметр двух верхних и двух нижнихпоясов цилиндра в два раза.Для этого следует:

Ä выбрать узлы указанных поясов;Ä вызвать режим Геометрические

преобразования;Ä установить функцию масштабирования в заданной

плоскости;Ä ввести коэффициент масштабирования 2;Ä нажать кнопку ОК;Ä выбрать на схеме три узла, лежащих в плоскости

масштабирования (в данном случае в горизон-тальной плоскости).

Операция будет выполнена после отметки третьего узла.На рис. 2.10.7 схема-результат геометрических

преобразований отображается с удалением линий невидимогоконтура.

Обратите внимание, что после выполнения операциймасштабирования появились элементы трапециевидной формы.И если эти элементы в схеме–прототипе задавались какпрямоугольные (тип 41), то их необходимо поменять на тип 44.


83

Пример 4

аИсходная расчетная схема

Пример 4 иллюстрирует функции зеркализации. Нарис. 2.10.8а приведена исходная расчетная схема. Для неепоследовательно выполним операции зеркального отраженияпо осям X, Y, Z (рис. 2.10.8 б – г).

Функции зеркализации допускают и работу с группойузлов, хотя это весьма экзотическая операция и примениматолько для отдельно стоящего фрагмента расчетной схемы.

бЗеркализация по оси X

вЗеркализация по оси Y

гЗеркализация по оси Z

Рис. 2.10.8. Исходная расчетная схема (а) и результаты последовательного выполнения функциизеркализации (б - г)_


84

2.11 Задание сеткикоординационных(разбивочных) осей

Рис. 2.11.1. Диалоговое окноЗадание разбивочных осей

Часто расчетную схему удобно формировать, основы-ваясь на заданной сетке координационных (разбивочных) осей.Для описания сетки используется диалоговое окно Заданиеразбивочных осей (рис. 2.11.1). Окно содержит три страницы,на которых задаются данные для продольной (вдоль направ-ления оси Y) и поперечной (вдоль направления оси X) разбив-ки осей, а также отметки уровней. На первой и второй страни-цах находятся списки, определяющие правила маркировкиразбивочных осей, а также кнопка для ввода имен осей в техслучаях, когда они отличаются от принятых по умолчанию. Настранице задания отметок уровней необходимо ввести значениеотметки нижнего (первого) уровня, которое по умолчаниюпринимается равным 0.0. Сетка может быть только ортогональ-ной и параллельной осям основной системы координат (рис.2.11.2).

Информация о разбивочных осях может неоднократнокорректироваться. И если при первом вводе данные в таблицахзадаются с учетом повторителей, то при повторном обращенииони разворачиваются, и каждый шаг занимает отдельнуюстроку.

Для удаления и вставки строк в середину таблицыможно воспользоваться динамическим меню, котороеоткрывается после нажатия на правую кнопку мыши (курсорпри этом должен находиться в поле таблицы).

Для вывода осей используется фильтр – Отобра-жение разбивочных осей. Функции управления отображениемописаны в разделе 8.2.


85

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

Б Б

В В

Г Г

Д Д

Е Е

0

4.5

7.7

10.9

Рис. 2.11.2. Фрагмент расчетной схемы с координационными осями

Рис. 2.11.3. Диалоговое окноИмена разбивочных осей

Изменения имен разбивочных осей выполняется вдиалоговом окне Имена разбивочных осей (рис. 2.11.3),которое вызывается нажатием кнопки Имена осей,определяемые пользователем. В столбце Имена осейтаблицы для каждого значения привязки осей вводятся новыеимена, которые могут содержать до трех символов.


86

2.12 Ввод схемы на сеткекоординационныхосей

Сетку координационных осей и отметки уровнейможно использовать при задании геометрии расчетной схемы.Для этого необходимо привязать к сетке узлы. Функция

генерации узлов расположена в группе Узлы разделаУзлы и Элементы инструментальной панели и позволяетввести узлы на пересечении осей в заданной области сетки.При этом отметки уровней рассматриваются как вертикальныекоординаты осей. Добавленные узлы могут использоваться длявсех предусмотренных в комплексе операций ввода иназначения. Они являются основой для построения областитриангуляции, ввода стержневых, пластинчатых и объемныхэлементов, определяют шаг копирования фрагмента схемы,участвуют в операциях геометрических преобразований исборки (рис. 2.12.1).

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

12

12

А А

Б Б

В В

Г Г

Д Д

Е Е

Ж Ж

И И

К К

Л Л

М М

Н Н

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1112

1314

15

16

1718

1920

2122

232425262728293031

3233

3435

36

3738

3940

4142

4344

45 46 47 48 49 50 51 52 53 54

5556

5758

5960

6162

6364

6566

6768

6970

71

72 73 74 75 76 77 78 79 80

8182

8384

8586

8788

8990

91

9293

9495

9697

98 99 100 101 102 103 104 105 106 107

108 109 110 111 112 113 114 115 116

Рис. 2.12.1. Стержневые элементы, введенные на сетке координационных осей

3 . О п е р а ц и и с у з л а м и и э л е м е н т а м и

87

3. Операции с узлами и элементамиПосле формирования геометрии расчетной схемы при

помощи описанных выше функций часто возникаетнеобходимость ее корректировки. Для этого в комплексепредусмотрен ряд функций для работы с узлами и элементами,которые включают различные операции ввода, удаления,восстановления, дублирования, переноса и т.п. Все этифункции сосредоточены в разделе инструментальной панелиУзлы и Элементы. С некоторыми из них мы уже встречалисьв предыдущих разделах, например, с вводом новых узлов истержневых элементов. Сейчас рассмотрим подробно эти идругие функции.

Любая установленная операция с узлами иэлементами будет активна до тех пор, пока мы неназначим другую операцию или не отменим ее

нажатием кнопки .При этом функции работы с фильтрами или

функции управления визуализацией не отменяютустановленную операцию, а выполняются на ее фоне.


88

Выбор узлов и элементов

Рис. 3.1. Диалоговое окноВыбор узлов и элементов

В графической среде SCAD независимо от режимаработы соблюдаются единые правила выбора узлов иэлементов для выполнения операций. Они определяются видомиспользуемого курсора и назначаются в диалоговом окнеВыбор узлов и элементов (рис. 3.1), которое вызываетсянажатием правой кнопки мыши в рабочем поле.

Для выбора нескольких узлов или элементовиспользуются курсоры-рамки. Выбор одного объекта выпол-няется курсором с мишенью. Точность позиционирования этогокурсора на узел или элемент назначается в долях от размерамишени – 0 (точное указание), 0.5, 1 и 1.5 (мишеньсоответственно увеличивается на 50, 100 и 150% от исходной).Для активизации нужного курсора следует нажать кнопку с егоизображением в окне Выбор узлов и элементов илисоответствующую кнопку в левой части строки состояния окнаSCAD. Вместе с кнопками выбора курсора в строке состояниярасположены кнопки, с помощью которых назначается вид

выбираемых объектов – элементы или узлы .С помощью курсоров-рамок можно выбирать

(маркировать) объекты, заключая их в прямоугольную или впроизвольного очертания замкнутую область (полигон). Узлысчитаются выбранными, если они попали в область внутрирамки. Для выбора элементов необходимо, чтобы все их узлыпопали в область рамки.

При работе с элементами можно назначить правилавыбора. Это выполняется двумя группами кнопок-фильтров.Кнопками первой группы (Выбор стержней) устанавливаетсяспособ отбора стержней в зависимости от их положения впространстве (вертикальные, горизонтальные, наклонные).Можно установить любую комбинацию этих кнопок. Кнопкивторой группы позволяют назначить правила выбора попринадлежности пластинчатых элементов координатнымплоскостям общей системы координат. Здесь тоже допускаетсялюбая комбинация. При отключенном состоянии фильтровбудут выбираться все объекты.

Обратите внимание на особенности работыкурсоров:• назначенная комбинация фильтров курсоров автомати-

чески не сбрасывается и фильтры будут находиться вактивном состоянии до переустановки или отменыназначения. Текущее состояние фильтров отображаетсяпиктограммами в правой части строки состояния;

• установленный вид курсора будет активен до тех пор, покане будет выполнена операция с выбранными объектами(нажата кнопка ОК);

• до выполнения операции допускается неоднократновыполнять выбор объектов;


89

• после выполнения операции автоматически устанавли-вается курсор с мишенью;

• вторичное указание курсором на выбранный объект –отменяет выбор (инвертирование).

Для работы со всеми узлами или элементами схемыили фрагмента используются кнопки Инвертировать выборузлов и Инвертировать выбор элементов. Если в окнеустановлен фрагмент схемы, то действие этих кнопокраспространяется только на него.

Для опытных пользователей предусмотрена возмож-ность немедленного выполнения операций после выбораобъектов. Для активизации этого режима в окне Выбор узлови элементов существует соответствующая опция. Режимраспространяется на все виды операций, включая визуали-зацию, и обеспечивает их немедленное выполнение без под-тверждения кнопками ОК. При работе в этом режиме реко-мендуется активизировать фильтры, соответствующие выпол-няемым операциям, что позволит оперативно контролироватькорректность их выполнения.


90

3.1 Операции с узлами Рассмотрим операции с узлами расчетной схемы.Управление ими сосредоточено в разделе Узлы и Элементыинструментальной панели и активизируется нажатием кнопки

Узлы .

Рис. 3.1.1. Группа кнопок Узлыраздела Узлы и Элементы инструментальной панели

На рис. 3.1.1 изображена группа кнопок режима Узлы,при помощи которых выполняются следующие операции:

– удаление узлов;

– восстановление удаленных узлов;

– ввод узлов;

– ввод дополнительных узлов между узлами;

– перенос узлов;

– объединение совпадающих узлов;

– ввод узлов по дуге;

– перенос начала общей системы координат;

– ввод узлов на заданном расстоянии от выбранных узлов;

– перенос одного узла в другой;

– ввод узлов в точках пересечения координационных осей;

– выбор узлов.

Для удобства работы с узлами можно воспользоваться

кнопкой их отображения на панели фильтров . В этомслучае узлы будут видны на рабочем поле экрана.


91

Удаление узловДля удаления узлов необходимо:Ä нажать кнопку Удаление узлов;Ä выбрать на расчетной схеме удаляемые узлы

(выбранный узел окрашивается красным цветом);Ä нажать на кнопку ОК в разделе Узлы и

Элементы.Одновременно с удалением узлов будут удалены и

примыкающие к ним элементы. Если удаленным оказался “нетот” узел, его можно восстановить, воспользовавшисьоперацией Восстановление удаленных узлов.

Несмотря на то, что кнопка применяласьуже неоднократно, напомним, что для выполненияоперации можно использовать только “свою” кнопку,т.е. установленную в соответствующем разделе ин-струментальной панели.

Восстановление удаленныхузлов Прежде, чем воспользоваться этой операцией,

удаленные узлы надо “высветить”, т.е. сделать видимыми наэкране. Для этого воспользуемся кнопкой фильтра Удаленные

узлы – , после нажатия которой ранее удаленные узлывыделяются желтым цветом. Далее действуйте в такойпоследовательности:

Ä нажать кнопку Восстановление удаленныхузлов;

Ä выбрать среди удаленных восстанавливаемыеузлы (они окрасятся красным цветом);

Ä нажать кнопку ОК в разделе Узлы и Элементы.Если при этом была нажата кнопка фильтров Узлы,

восстановленные узлы будут показаны на схеме.Обратите внимание, что эта операция восстанавливает

только узлы. В тех случаях, когда при удалении узлов былиудалены связанные с ними элементы, их восстановлениевыполняется при помощи аналогичной операции, но в группекнопок Элементы.


92

Ввод узлов


Применения этой операции уже рассматривалось вразделе 2.1. Здесь раскрываются дополнительныевозможности, к которым относятся автоматический переносначала координат в последний введенный узел и разворотузлов относительно осей общей системы координат.Активизация этих режимов производится включениемсоответствующих кнопок в окне (рис. 3.1.2).

При переносе начала координат в последнийвведенный узел новый отсчет координат узлов идет от этогоузла.

Имеется возможность задать узлы, лежащие напрямой. Положение прямой определяется координатамипервого узла и приращением этих координат. Возможенповорот этой прямой вокруг одной из осей общей системыкоординат. Центр вращения лежит в начале общей системыкоординат.

Изменение направления ввода узлов может выпол-няться путем указания угла разворота линии ввода вокругодной из осей общей системы координат. Если вводится группаузлов (используется повторитель), то все узлы группы будутлежать на прямой, развернутой на заданный угол ипроходящей через начало координат.


93

Ввод дополнительных узловмежду узлами

Рис. 3.1.3. Диалоговое окноДеление промежутка между двумя

узлами

Используется в тех случаях, когда необходимодобавить узлы на прямой, соединяющей два ранее введенныхузла. После нажатия кнопки Ввод дополнительных узловмежду узлами появляется диалоговое окно Делениепромежутка между двумя узлами (рис.3.1.3), в которомможно выбрать одну из трех операций:• ввод нескольких узлов, равномерно делящих интервал

между двумя выбранными узлами;• ввод одного узла, делящего интервал между двумя

выбранными узлами в заданном соотношении;• ввод одного узла в интервал между двумя выбранными

узлами на заданном расстоянии от первого выбранногоузла.

Для назначения операции следует активизироватьсоответствующую опцию в окне и затем ввести числовыехарактеристики. После выхода из окна нажатием кнопки ОКследует:

Ä выбрать первый узел (для второго и третьеговариантов существенно, какой из узлов выбранпервым);

Ä выбрать второй узел (в зависимости от заданнойфункции на экране сразу появляется новый узелили узлы).

С помощью этой функции выполняется вводновых узлов. Если узлы, участвующие в операции,принадлежат элементу, то дробление элемента невыполняется. Для этого есть специальная функция,описанная в разделе 3.2.


94

Перенос узлов

Рис. 3.1.4. Диалоговое окноПеренос узлов

Рис. 3.1.5. Пример использованияфункции переноса узлов на заданный

вектор

Функция переноса узлов включает две операции:перенос на заданный вектор и перенос в заданную точку.Выбор операции и установка параметров выполняется вдиалоговом окне Перенос узлов (рис.3.1.4), котороепоявляется после активизации функции.

В первом случае каждый i-тый узел из выбраннойгруппы узлов (или один узел) перемещается в пространстве вточку, определяемую путем сложения координат i-го узла (Xi,Yi, Zi) с заданными приращениями по каждому направлению(dX, dY, dZ). В результате все узлы группы перемещаются назаданное расстояние. В примере, приведенном на рис. 3.1.5,отмеченные узлы передвинуты в положительном(совпадающем с направлением оси) направлении вдоль оси Х.

Перенос узла в заданную точку эквивалентен сменекоординат узла на новые координаты, заданные в диалоговомокне.

При использовании функций переноса узловнеобходимо следить, чтобы в результате их работы непроисходили недопустимые изменения формыконечных элементов. Такие, как появление нулевыхдлин стержневых элементов, попадание трех узловпластины на одну прямою или потеря плоскостичетырехузловых элементов, а также изменениепрямых углов прямоугольных пластинчатыхэлементов. В последнем случае необходимо сменитьтип элементов.

Для отмены этой операции (и пока только этой) можно

воспользоваться кнопкой – отмена последнего действия.


95

Объединение узлов ссовпадающими координатами После нажатия кнопки Объединение совпадающих

узлов из каждой группы узлов с совпадающими координатамив схеме останется только один узел, а остальные будутудалены. В элементах, которые примыкали к удаленным узлам,номера узлов заменятся на оставшиеся в схеме. Если на схемеесть выбранные (маркированные) узлы с совпадающимикоординатами, то перед выполнением операции выводитсяокно сообщений, в котором следует назначить режим объеди-нения – для всех совпадающих узлов или только длявыбранных. Для индикации совпадающих узлов можно

воспользоваться кнопкой фильтров .Напомним, что узлы считаются совпадающими, если

расстояние между ними меньше величины, установленной вдиалоговом окне Настройка графической среды (см. разделОпции в меню).

Генерация узлов по дуге

Рис. 3.1.6. Диалоговое окноВвод узлов по дуге окружности

С помощью этой операции можно ввести узлы по дугеокружности, лежащей в заданной плоскости. Управлениеоперацией и назначение параметров дуги выполняется вдиалоговом окне Ввод узлов по дуге окружности (рис. 3.1.6.),которое вызывается нажатием кнопки Генерация узлов подуге.

В этом окне назначается плоскость, в которой лежатновые узлы, количество узлов по дуге, углы начала и концадуги, радиус окружности и ее центр. Центр может бытьпривязан как к узлу, так и к точке с любыми координатами.

Если центр задан лежащим в узле, то следует выбратьэтот узел и нажать кнопку ОК в разделе Узлы и Элементы.После этого на схеме появятся новые узлы. В случае, когдацентр задан координатами, новые узлы будут добавлены всхему сразу после нажатия кнопки ОК диалогового окна.


96

Перенос начала координат взаданный узел Эта операция очень полезна, а в некоторых случаях

даже необходима при использовании функций геометрическихпреобразований. Особенно это касается операций поворотачасти схемы на заданный угол, так как повороты выполняютсявращением групп узлов (а значит и присоединенных к нимэлементов) вокруг начала общей системы координат. Длявыполнения операции нажмем кнопку вызова операции винструментальной панели, выберем на схеме узел, в которыйпереносится начало общей системы координат, и выполнимперенос нажатием кнопки ОК. Для контроля выполненной

операции можно воспользоваться кнопкой фильтров –Отображение общей системы координат.

Ввод узлов на заданномрасстоянии от выбранных


Операция позволяет ввести новые узлы, каждый изкоторых будет находиться на заданном расстоянии отвыбранных на схеме узлов-прототипов. После активизацииоперации появляется диалоговое окно Ввод узлов (рис. 3.1.7.),в таблице которого задаются расстояния в виде приращений ккоординатам выбранных узлов и количество повторений.

Для выполнения операции введем в окне необходимуюинформацию, выйдем из окна, выберем на схеме узлы инажмем кнопку ОК в инструментальной панели.


97

Перенос одного узла в другойС помощью этой операции для всех элементов,

примыкающих к заданному узлу, выполняется замена этогоузла на другой. Первым следует выбрать заменяемый узел (онмаркируется красным цветом), а затем узел, в которыйосуществляется перенос (он маркируется зеленым цветом), инажать кнопку ОК в инструментальной панели. Послевыполнения операции узел, помеченный красным, неудаляется.

При выполнении операции необходимоследить, чтобы в результате работы не происходилинедопустимые изменения формы конечных элемен-тов. Такие как: появление стержневых элементовнулевой длины, попадание трех узлов пластины наодну прямую или потеря плоскости четырехузловыхэлементов, а также изменение прямых углов прямо-угольных пластинчатых элементов. В последнемслучае необходимо сменить тип элементов.

Выбор узловЭтот режим позволяет выбрать узлы до того, как

назначена функция или операция манипулирования этимиузлами. Мы уже пользовались этой кнопкой при выполнениикопирования и геометрических преобразований. Если по какой-либо причине необходимо отменить выбор, то следует нажатькнопку Отказ в группе кнопок Узлы или кнопку Сбросотметки на панели фильтров. Дубликат кнопки находится влевой части строки состояния SCAD.


98

Ввод узлов в точкахпересечения координационныхосей

Рис. 3.1.8. Диалоговое окноГенерация узлов

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

7

7

8

8

9

9

1 0

1 0

1 1

1 1

1 2

1 2

А А

Б Б

В В

Г Г

Д Д

Е Е

Ж Ж

И И

К К

Л Л

М М

Н Н

0

Рис. 3.1.9. Координационные оси наотм. 0.00 с узлами в точках пересечения

осей

Функция генерации узлов позволяет породить узлы напересечении осей в заданной области сетки. При этом отметкиуровней рассматриваются как координаты узлов по оси Z.Порожденные узлы могут использоваться для всех предусмот-ренных в комплексе операций ввода и назначения. Ониявляются основой для построения области триангуляции, вводастержневых, пластинчатых и объемных элементов, определяютшаг копирования фрагмента схемы, участвуют в операцияхгеометрических преобразований и сборки.

Правила ввода узлов назначаются в диалоговом окнеГенерация узлов (рис. 3.1.8). Для каждого направлениякоординационной сетки, включая отметки уровней, преду-смотрена возможность ввода узлов в область, которая ограни-чивается заданными марками осей начала (левый список) иконца (правый список). Если узлы лежат на прямой, то понаправлению, ее определяющему, марки осей начала и концасовпадают (рис. 3.1.9).

Если после завершения работы с фрагментом сеткичасть узлов оказалась неиспользованной и для дальнейшейработы они не нужны, их можно удалить, выполнив операциюУпаковка данных в разделе Управление инструментальнойпанели.


99

3.2 Операции с элементамиДоступ к операциям с элементами организован по тем

же правилам, что и к операциям с узлами. Для этого следует

нажать кнопку Элементы в разделе Узлы и Элементы.Для перехода от режима работы с узлами к режиму работы сэлементами и наоборот достаточно нажать насоответствующую кнопку.

Рис. 3.2. Группа кнопок Элементы

В режиме работы с элементами в поле инструмен-тальной панели появится группа кнопок (рис. 3.2), при помощикоторых выполняются следующие операции:

– ввод трех- и четырехузловых элементов;

– ввод стержневых элементов;

– ввод объемных элементов;

– удаление элементов;

– восстановление удаленных элементов;

– ввод стержней с учетом промежуточных узлов;

– разбивка стержневых элементов;

– разбивка четырехузловых элементов;

– ввод связей конечной жесткости;

– ввод упругих связей;

– ввод нуль-элементов;

– ввод стержней по дуге окружности;

– объединение двух стержневых элементов;

– выбор элементов;

– объединение совпадающих элементов;

– разделение элементов;

– присоединение дополнительных узлов к элементам;

– разбивка стержней с учетом промежуточных узлов.


100

Ввод стержневых элементов

Рис. 3.2.1. Диалоговое окноУзлы в мишени курсора

Для выполнения операции установим курсор в узели нажмем левую кнопку мыши, протянем резиновую нить довторого узла и опять нажмем кнопку мыши. Узел, который былвыбран первым, будет назначен первым узлом стержня, т.е.точкой начала местной системы координат элемента.

Если в мишень курсора попадает более одного узла, топоявляется диалоговое окно Узлы в мишени курсора(рис. 3.2.1). В этом окне следует выбрать из списка нужныйузел и нажать кнопку Отметить.

Ввод трех- и четырехузловыхэлементов Функция Ввод пластин позволяет ввести в схему, а

фактически, привязать к уже введенным узлам, трех- и

четырехузловые элементы. С помощью курсора выполнитьэту функцию достаточно просто – выбрать нужное количествоузлов и дважды нажать левую кнопку мыши или кнопку ОК винструментальной панели. Если будут выбраны три узла –введется трехузловой элемент, если четыре – четырехузловой.В других случаях будет выдано сообщение об ошибке.

Операция может быть выполнена и с использованиемкурсоров-рамок. Для этого надо охватить рамкой 3 или 4 узла.Двойное нажатие кнопки мыши – и элемент введен. Еще одинщелчок – и курсор свободен для продолжения работы.


101

Ввод объемных элементов

Рис. 3.2.2. Диалоговое окноВвод объемных элементов

Учитывая многообразие видов объемных элементов,перед тем, как их ввести, необходимо назначить типдобавляемого элемента. Назначение выполняется в диалоговомокне Ввод объемных элементов (рис. 3.2.2), котороепоявляется после нажатия соответствующей кнопки в разделеУзлы и Элементы. Предусмотрен ввод объемных элементовтрех видов – четырехузловых пирамид (тип 32), а также шести-(тип 34) и восьмиузловых (тип 36) элементов. В большинствеслучаев этих типов элементов достаточно для моделированиясхем. Для ввода элементов необходимо выполнить следующиеоперации:

Ä активизировать в диалоговом окне опциюсоответствующего типа элементов;

Ä нажать на кнопку ОК , после чего окно закроется;Ä выбрать на схеме узлы, количество которых

должно соответствовать назначенному типуэлемента;

Ä дважды нажать на левую кнопку мыши или накнопку ОК в инструментальной панели.

Операция может быть выполнена и с использованиемкурсоров-рамок. Для этого надо захватить рамкой узлы иДвойное нажатие кнопки мыши - и элемент введен. Еще одинщелчок – и курсор свободен для выбора других узлов.


102

Удаление элементов

Рис. 3.2.3. Диалоговое окноЭлементы в мишени курсора

Для удаления элементов необходимо выбрать их насхеме (они маркируются красным цветом) и нажать кнопку ОКв инструментальной панели. Если узел или узлы принадлежалитолько удаляемым элементам, то он (они) удаляются вместе сними, и их восстановление выполняется функциейвосстановления узлов.

Выбирать элементы можно любым типом курсора.

При использовании курсора его мишень следует установитьв поле элемента и нажать левую кнопку мыши. Если в мишеньпопало несколько элементов, то их список будет выведен вспециальном диалоговом окне – Элементы в мишеникурсора (рис. 3.2.3). После выбора в списке нужного элементаследует нажать кнопку Выбрать. При использовании курсора-рамки выбираются только те элементы, все узлы которыхпопали в прямоугольник или полигон. Вторичное указание навыбранный элемент отменяет выбор.

Восстановление удаленныхэлементов Эта операция дает возможность восстановить

удаленные элементы, если они не были удалены из проектаоперацией упаковки данных. Для восстановления удаленныхэлементов необходимо выполнить несколько операций в такойпоследовательности:

Ä нажать кнопку Восстановление удаленныхэлементов, после чего все удаленные элементымаркируются на схеме желтым цветом;

Ä выбрать на схеме восстанавливаемые элементы(элементы маркируются красным цветом);

Ä нажать кнопку ОК в разделе Узлы и Элементы.В процессе восстановления элементов автоматически

восстанавливаются и примыкающие к ним узлы.


103

Ввод стержневых элементов сучетом промежуточных узлов Эта операция дает возможность автоматически

разделить вводимый стержень на несколько элементов сучетом всех пересекаемых им узлов. Операция выполняетсяаналогично вводу одного стержневого элемента и допустимакак на плоских, так и на пространственных расчетных схемах.

Точность определения факта прохождения стержнячерез узел устанавливается в разделе меню Опции вдиалоговом окне Настройка графической среды параметром,определяющим точность оценки совпадения узлов.

Разбивка стержня

Рис. 3.2.4. Диалоговое окноДеление элемента

Используется в тех случаях, когда необходимо разбитьстержень на несколько стержней, и включает три операции:• разбить стержень на N одинаковых стержней;• разбить стержень на два стержня в заданном соотношении;• разбить стержень на два стержня заданного размера (при

выполнении этой операции задается длина нового стержня,прилегающего к первому узлу исходного).

Для выбора операции надо активизироватьсоответствующую опцию в диалоговом окне (рис. 3.2.4), азатем ввести числовые характеристики. После выхода из окнаследует выбрать на схеме элементы и нажать кнопку ОК винструментальной панели.

При вводе данных следует помнить, что при делениистержня в заданном соотношении значение L1/L должно бытьположительным и меньше единицы, а при делении на двастержня заданного размера – длина нового стержня не должнапревышать длины исходного.


104

Ввод специальных конечныхэлементов (связи конечнойжесткости)

Рис. 3.2.5. Диалоговое окноСвязи конечной жесткости

С помощью этой операции выполняется ввод иназначаются жесткостные характеристики для элементов,моделирующих связи конечной жесткости (тип 51). Послеактивизации операции появляется диалоговое окно Связиконечной жесткости (рис. 3.2.5), в котором следует задатьнаправление связи и жесткость в заданном направлении.Операция позволяет назначить жесткостные характеристики иввести в заданный узел (узлы) элементы по всем необходимымнаправлениям. Для этого следует активизировать опции,указывающие направления связей, а затем ввести значенияжесткости связей по этим направлениям. После выхода издиалогового окна следует выбрать на схеме узлы, к которымпривязывается заданная комбинация связей, и нажать кнопкуОК в инструментальной панели.

Если в процессе установки связей включен фильтротображения специальных конечных элементов, то элементыбудут показаны на схеме в виде концентрических окружностей,радиус, цвет и количество которых зависит от количества инаправления введенных связей.

Ввод специальных конечныхэлементов (упругие связи)

Рис. 3.2.6. Диалоговое окноУпругие связи

Эта операция позволяет выполнить ввод и назначитьжесткостные характеристики элементам, моделирующимупругие связи (тип 55). После активизации операциипоявляется диалоговое окно Упругие связи (рис. 3.2.6), вкотором следует задать жесткости в необходимыхнаправлениях. Ввод элементов выполняется аналогично вводустержней.

Следует учесть, что этот тип элемента может не иметьдлины, т.е. примыкать к узлам с совпадающими координатами.


105

Ввод специальных конечныхэлементов (нуль-элементы)

Рис.3.2.7. Диалоговое окноХарактеристики нуль-элемента

Эта операция позволяет выполнить ввод и назначитьжесткостные характеристики нуль-элементов (тип 154), спомощью которых:– запрещаются линейные и угловые перемещения понаправлениям осей местной системы координат элемента;– обеспечивается расчет на заданные перемещения, несовпадающие с направлением осей общей системы координат.

После активизации операции появляется диалоговоеокно Характеристики нуль-элемента (рис. 3.2.7), в которомследует задать жесткости в необходимых направлениях.

Ввод элементов выполняется аналогично вводустержней. Следует учесть, что первый узел элементов этоготипа должен обязательно примыкать к конструкции. Второйузел элементов этого типа должен быть свободным, т.е. он неможет принадлежать какому-либо элементу, и в нем недопускается наличие связей. Жесткости, соответствующиезапрещаемым степеням свободы, задаются ненулевыми.

Ввод стержней по дугеокружности

Рис. 3.2.8. Диалоговое окно Ввод элементов по дуге окружности

Операция позволяет выполнить ввод стержневыхэлементов, примыкающих к узлам, лежащим на дугеокружности. Управление вводом выполняется в диалоговомокне Ввод элементов по дуге окружности (рис. 3.2.8), гденазначается плоскость, в которой лежат новые элементы,количество элементов по дуге, углы начала и конца дуги,радиус окружности и ее центр. Центр может быть привязан какк узлу, так и к точке с любыми координатами.

Если центр лежит в узле, то после выхода из окнавыберем этот узел и нажмем кнопку ОК. Если центр заданкоординатами, новые элементы будут введены в схемуавтоматически после выхода из окна.

Одновременно с вводом характеристик дуги можнозадать жесткости и тип элементов (кнопки Жесткость и Типсоответственно).


106

Объединение двух стержневыхэлементов Операция позволяет объединить два стержневых

элемента, имеющих общий узел, в один. Для выполненияоперации выберем два стержня и выполним объединениенажатием кнопки ОК в инструментальной панели.

При объединении стержней обратитевнимание на результат. Проверьте тип полученногоэлемента, ориентацию местных осей, жесткость,наличие шарниров.

Выбор элементовС помощью этой кнопки можно выбрать элементы до

того, как назначена функция или операция манипулированияотмеченными элементами. Если для всех выбранныхэлементов необходимо отменить выбор, то следует нажатькнопку Отказ в группе кнопок Элементы или кнопку Сбросотметки на панели фильтров.

Объединение совпадающихэлементов Эта операция позволяет исключить из схемы

совпадающие элементы. Под совпадающими будем пониматьтакие элементы, у которых совпадают номера всех узлов. Приэтом не анализируются жесткостные характеристикиэлементов, их тип, нагрузки и т.п. В схеме остается элемент сменьшим номером со всеми его характеристиками. Операцияобъединения не распространяется на специальные конечныеэлементы.

Если на схеме нет выбранных совпадающихэлементов, то после активизации операции объединениеэлементов будет выполнено для всей схемы целиком. Впротивном случае – только для выбранных. Для индикации насхеме совпадающих элементов можно воспользоваться

соответствующей кнопкой фильтров – .


107

Дробление четырехузловыхэлементов

Рис. 3.2.9. Диалоговое окно Дробление пластин

Эта операция позволяет раздробить выбранныечетырехузловые элементы на несколько элементов. Исходныеданные, необходимые для выполнения операции, задаются вдиалоговом окне Дробление пластин (рис. 3.2.9) и включаютколичество дроблений граней элемента, лежащих вдольнаправлений местных осей X1 и Y1.

После выполнения операции в схеме могут появитьсясовпадающие узлы. Если в окне активизирована опцияУпаковать совпадающие узлы на всей схеме, то послевыполнения дробления будет автоматически вызываться этаоперация. В противном случае контроль наличия совпадающихузлов и их объединение должен выполняться с помощьюсоответствующих функций. Для индикации на схеме совпада-

ющих узлов используется кнопка фильтров , а для их

объединения – операция в группе кнопок Узлы.


108

Разделение элементовЭта операция используется в тех случаях, когда

необходимо разделить (отделить один от другого) элементы.Это может оказаться необходимым, например, примоделировании температурного шва или для вводаспециальных элементов (упругих связей) между двумяэлементами. В отличие от других операций для выполненияэтой необходимо отмечать и узлы, и элементы. Сутьвыполняемого действия такова, что для каждого отмеченногоузла (узла-прототипа) порождается новый узел с такими жекоординатами. Этот узел заменяет узел-прототип в выбранныхэлементах.

Рекомендуется следующий порядок выполненияоперации:

Ä нажать кнопку Выбор узлов и выбратьузлы-прототипы;

Ä нажать кнопку Выбор элементов и выбратьэлементы, отсоединяемые от узлов-прототипов;

Ä нажать кнопку Разделение элементов.

При выполнении этой операции сначалавыбираются участвующие в ней объекты, кнопка ОКне используется - и разделение производится посленажатия кнопки Разделение элементов.


109

Присоединениедополнительных узлов кэлементам

Рис. 3.2.10. Использованиедополнительных узлов

С помощью этой операции можно присоединитьдополнительные узлы к граням пластинчатых элементов типа20, 30 и 50 (высокоточные восьмиузловые элементы плиты,балки-стенки и оболочки соответственно). Введение допол-нительных узлов позволяет повысить качество результатов безсгущения сетки элементов, а также корректно организоватьпереход между участками расчетной схемы (рис. 3.2.10).

Для выполнения операции следует ввести допол-нительные узлы, выбрать на схеме элементы, к которым ониприсоединяются и нажать кнопку ОК в инструментальнойпанели (элементы должны быть указанных выше типов).

Разбивка стержней с учетомпромежуточных узлов Если по длине стержневого элемента лежат один или

несколько промежуточных узлов, то с помощью этой операцииэлемент можно разбить на несколько в соответствии с коли-чеством таких узлов. Необходимость разбивки стержней воз-никает, например, в случае триангуляции участка расчетнойсхемы, содержащего стержни. Для выполнения операцииследует выбрать на схеме нужные элементы и нажать кнопкуОК в инструментальной панели.

Если разбиваемым элементам были назначеныжесткостные характеристики, то они наследуются и новымиэлементами.


110

3.3 Группы узлов иэлементов

Группы – это именованные наборы узлов илиэлементов, которые могут неоднократно использоваться длявыполнения различных операций: назначения жесткостныххарактеристик, связей, нагрузок, а также наравне со схемамиучаствовать в режиме сборки. Принцип объединения объектовв группы и задание имен групп полностью регулируетсяпользователем.

Это могут быть характерные участки конструкции,например, плиты перекрытий на различных отметках, колонныэтажа или другие наборы объектов. Главное, что группыдоступны во всех режимах работы со схемой, как на этапе еесоздания или назначения параметров для обработки данных впостпроцессорах (например, расчета РСУ), так и в процессеанализа и документирования результатов расчета. Графическаясреда комплекса построена таким образом, что всегда можнолокализовать информацию в рамках необходимой для работыгруппы узлов или элементов.

Вызов функций создания групп выполняется израздела Группы инструментальной панели (рис. 3.3.1). Раздел

содержит кнопки назначения объектов группы (узлы – или

элементы – ), сохранения групп – и два списка длявыбора ранее созданных групп узлов и элементов. Послезагрузки из списка все объекты активной группы маркируютсяна схеме как выбранные.

Рис. 3.3.1. Раздел инструментальной панели Группы

Выбор группы узлов Выбор группы элементов


111

Создание групп

Рис. 3.3.2. Диалоговое окноГруппы узлов

Для создания новой группы узлов или элементовнеобходимо выполнить следующее:

Ä нажать кнопку создания соответствующей группы;Ä выбрать на расчетной схеме объекты группы;Ä нажать кнопку сохранения группы;Ä ввести в диалоговом окне Группы узлов

(рис. 3.3.2.) или Группы элементов (рис. 3.3.3)имя группы и нажать кнопку Добавить группу;

Ä нажать кнопку ОК в диалоговом окне.После сохранения группы ее имя заносится в

соответствующий список групп в инструментальной панели.Перед подготовкой следующей группы следует нажатием

кнопки отменить выбор объектов предыдущей группы.При создании группы элементов можно автоматически

сформировать группу сопряженных с элементами узлов,которая получит то же имя. Под сопряженными понимаютсятакие узлы, которые принадлежат элементам выбраннойгруппы и одновременно хотя бы одному элементу, невходящему в эту группу. Для этого перед нажатием кнопкиДобавить группу следует нажать кнопку Создать группусопряженных узлов..

Корректировка набораобъектов в группе

Рис. 3.3.3. Диалоговое окноГруппы элементов

В случае изменения набора объектов в группе необходимовыполнить следующее:

Ä выбрать из списка корректируемую группу;Ä внести в нее изменения путем включения и/или

исключения объектов;Ä нажать кнопку сохранения группы;Ä выбрать из списка номер или имя заменяемой

группы;Ä нажать кнопку Заменить группу;Ä выйти из диалогового окна, нажав кнопку ОК.Аналогично замене выполняется и удаление группы

(напомним, что удаление группы связано только сисключением ее из списка групп). В этом случае после выборагруппы следует вызвать функцию Сохранение группы,установить номер группы, нажать кнопку Удалить группу.

Выбор группы Для выбора группы достаточно указать ее имя всоответствующем списке инструментальной панели. Всеобъекты выбраной группы маркируются на схеме краснымцветом – выбраны.

Таким образом, сразу после вызова группы для этихобъектов можно назначать и выполнять операции. Есть толькоодно ограничение – из списков в инструментальной панелинельзя одновременно выбрать несколько групп. То естьисключается случай, когда на схеме одновременномаркированы группы узлов и элементов, а также объекты,


112

принадлежащие к разным группам.

4 . З а д а н и е х а р а к т е р и с т и к у з л о в и э л е м е н т о в

113

4. Задание характеристик узлов и элементовВ этой главе рассматриваются функции, выполняемые

при формировании расчетной схемы и связанные с заданием(назначением) характеристик узлам и элементам. Они собраныв разделе Назначение инструментальной панели (рис. 4.1) ипри их использовании сохраняется уже знакомый порядокдействий:

Ä выбрать операцию;Ä ввести данные;Ä выбрать объекты;Ä выполнить назначение (нажать кнопку ОК).

Рис. 4.1. Раздел инструментальной панели Назначение

Для выполнения функций назначения используютсяследующие кнопки:

– назначение жесткостных характеристикстержневым, пластинчатым и объемным элементам;

– удаление дублирующихся типов жесткости;

– назначение связей в узлах;

– назначение типов элементов;

– ввод или удаление жестких вставок;

– ввод и удаление шарниров;

– назначение угла ориентации главных осей инерции;

– назначение промежуточных сечений получения усилий;

– назначение объединений перемещений;

– изменение ориентации местной оси Х1 стержней;

– изменение ориентации местной оси Z1 пластин;

– назначение направления осей выдачи усилий;

– выбор элементов для расчета реакций в узлах;

– назначение геометрически-нелинейных элементов;

– ввод и назначение параметров односторонних связей.


114

4.1 Назначениежесткостныххарактеристик

Назначение жесткостных характеристик выполняется взависимости от вида элементов. Предусмотрены специальныефункции для ввода параметров и назначения жесткостей длястержневых, пластинчатых и объемных конечных элементов.

Жесткостные характеристики специальных элементовназначаются в процессе их ввода и могут быть откоррек-тированы путем вызова соответствующих диалоговых окон изцветовой шкалы жесткостей или в процессе полученияинформации о конкретном элементе (работа этих функцийописана в главе 8).

Назначение жесткостныххарактеристик стержневыхэлементов

Рис. 4.1.1. Диалоговое окноЖесткости стержневых элементов

Реализованные в комплексе функции задания физико-механических характеристик стержневых элементов позволяютописать их численно, через геометрические характеристикипараметрических (типовых) сечений, назначить из выбранногосортамента металлопроката, выполнить численно-параметрическое назначение жесткости (одновременнонзадание параметрического сечения и численного описания), атакже назначить жесткостные характеристики, используярезультаты работы Конструктора сечений. Принеобходимости они могут быть дополнены характеристикамиупругого основания. Данные вводятся в многостраничномдиалоговом окне Жесткости стержневых элементов(рис. 4.1.1). Набор страниц этого окна зависит от способаописания жесткости. Переход между страницами выполняетсяуказанием на соответствующую закладку.

Мы уже работали с этим окном при формированиирасчетной схемы учебной задачи и знаем, как выполнитьпростейшие назначения. Теперь рассмотрим эти и другиефункции более подробно.

На первой странице Жесткости стержневыхэлементов находится группа кнопок, с помощью которыхвыбирается способ задания жесткостных характеристик. Послеактивизации нужной опции появляются закладки страниц,соответствующие выбранному способу описания. Кроме тогона первой странице находится список, в котором указаныномера и сечения введенных ранее типов жесткостистержневых элементов. В поле рядом со списком отображаетсясечение выбранного в списке типа жесткости или условноеобозначение EF для жесткостей, заданных численно.

При работе с жесткостями необходимо различатьрежимы ввода данных и корректировки. В первом случаевыполняется ввод нового типа жесткости, во втором –корректируются ранее введенные характеристики.


115

Ввод нового типа жесткости При вводе нового типа жесткости порядок действийследующий:

Ä назначить способ задания жесткости;Ä указанием на закладку открыть страницу описания

жесткостных характеристик;Ä ввести необходимые данные;Ä если задаются параметры упругого основания, то

открыть страницу Коэффициенты упругогооснования и выполнить необходимые назначения;

Ä нажать кнопку ОК диалогового окна;Ä выбрать элементы, которым назначается установ-

ленный тип жесткости;Ä нажать кнопку ОК в разделе Назначения.Если в момент назначения элементам жесткостных

характеристик активен соответствующий фильтр, результатыработы будут показаны на схеме (цифрами или цветовойидентификацией элементов).

Параметрические сечения

Рис. 4.1.2. СтраницаПараметрические сечения

Порядок ввода данных в этом режиме нерегламентирован. Однако, чтобы избежать ошибок, лучшевыработать для себя некую последовательность действий.Рекомендован следующий порядок ввода:

Ä активизировать страницу Параметрическиесечения (рис. 4.1.2);

Ä ввести значения модуля упругости и объемноговеса материала или назначить их из спискаматериалов;

Ä ввести размеры сечения (обратите внимание, наединицы измерения сечений стержневых элемен-тов) и нажать кнопку Контроль, что позволитпроверить корректность введенных данных;

Ä если необходимо, то активизировать страницуКоэффициенты упругого основания и задатьнеобходимые характеристики;

Ä выйти из диалогового окна, нажав кнопку ОК.После выполнения этих операций номер типа

жесткости будет назначен и надпись, подтверждающая это,появится в информационной строке внизу рабочего поляэкрана. Затем можно приступить к назначению установлен-ного типа жесткости элементам схемы.


116

Численное описание

Рис. 4.1.3. СтраницаЧисленное описание

Эта страница (рис. 4.1.3) включает максимальнонеобходимый набор полей ввода, позволяющих ввестижесткостные характеристики любого типа стержня. В связи сэтим прежде чем ввести значения характеристик, следуетактивизировать опцию соответствующего типа элемента. Послеэтой операции открытыми для ввода остаются только поля,заполнение которых для указанного типа элемента являетсяобязательным или допустимым. При работе с этой страницейсохраняется описанный выше порядок задания данных иназначения жесткостей элементам схемы.

Работа с сортаментомметаллопроката

Рис. 4.1.4. СтраницаПрофили металлопроката

Порядок выполнения операций при задании стержнямжесткостных характеристик, соответствующих заданномупрофилю из сортамента металлопроката, следующий:

Ä выбрать вид стали из списка материалов иливвести значение удельного веса стали всоответствующую строку группы Материалы;

Ä из списка Вид профиля выбрать вид проката;Ä из списка Сечение выбрать необходимый по

размерам профиль;Ä если необходимо, то активизировать страницу

Коэффициенты упругого основания и задатьнеобходимые характеристики;

Ä выйти из диалогового окна, нажав кнопку ОК.После выполнения этих операций номер типа

жесткости будет назначен автоматически и надпись,подтверждающая это, появится в информационной строкевнизу рабочего поля экрана. Затем можно приступить кназначению установленного типа жесткости элементам схемы.


117

Характеристики сечения

Рис. 4.1.5. Диалоговое окноИнерционные и геометрические

характеристики сечения

При задании жесткостных характеристик путемописания параметрических сечений или через сортаментметаллопроката есть возможность просмотреть численныехарактеристики сечения. Для этого используется кнопкаХарактеристики сечения. После нажатия на эту кнопкуоткрывается диалоговое окно Инерционные игеометрические характеристики сечения (рис. 4.1.5), вкотором показан чертеж сечения и приведены его жесткостныехарактеристики.

Численно-параметрическоеописание

Этот вид описания позволяет задать материал иразмеры параметрического сечения и получить численныехарактеристики его жесткости. В эти характеристики могутбыть внесены необходимые корректировки, с учетом которых ибудет выполняться расчет конструкции. В других режимах,например, при подборе арматуры, используются заданныеформа и размеры сечения.

Диалоговое окно в этом режиме включает страницыЖесткости стержней, Параметрические сечения,Численное описание и Коэффициенты упругого основания.


118

Произвольные сечения

Рис. 4.1.6. СтраницаПроизвольные сечения

Опция Произвольное сечение используется длязадания жесткостных характеристик элементам, сеченикоторых были подготовлены с помощью программыКонструктор сечений.В этом режиме следует:

Ä активизировать опцию Произвольное сечение;Ä на одноименной странице (рис. 4.1.6) в группеМатериал выбрать материал или ввестихарактеристики материала в соответствующие поляввода;

Ä в группе Выбор сечения нажать кнопку Выбор ивыполнить поиск нужного сечения (файлы срасширением SEC);

Ä если сечение необходимо откорректировать, то спомощью кнопки Конструктор сечений вызватьодноименную программу и после корректировкисечения повторить предыдущую операцию;

Ä в тех случаях, когда нужное сечение ужеиспользовалось при назначении жесткостейэлементов текущей расчетной схемы, его можновыбрать из списка в группе Выбор сечения;

Ä нажать кнопку Применить, после чегожесткостные характеристики сечения будутзаписаны в соответствующие поля ввода;

Ä выйти из диалогового окна нажав кнопку ОК.После выполнения этих операций номер типа жесткости будетназначен и надпись, подтверждающая это, появится винформационной строке внизу рабочего поля экрана. Затемможно приступить к назначению установленного типажесткости элементам схемы.


119

Назначение характеристикупругого основания

Рис. 4.1.7. СтраницаКоэффициенты упругого основания

Задание характеристик упругого основания выполня-ется на странице Коэффициенты упругого основания(рис. 4.1.7). Закладка этой страницы доступна для всех видовописания жесткостей. Поля ввода данных разделены взависимости от наличия основания вдоль местных осейэлемента Y1 и/или Z1.

Функции вычисления коэффициентов постели могутбыть вызваны кнопками Расчет коэффициентов упругогооснования или Расчет коэффициентов деформативностиоснования в зависимости от вида учитываемого фактора.

Значения, полученные в результате вычисленияупругости основания или деформативности основания,автоматически переносятся в соответствующие поля страницыв зависимости от установленных опций.

Следует учесть, что реализованные в комплексефункции расчета коэффициентов постели не носятнормативный характер. Решение о применении полученныхзначений должен принимать пользователь.

Корректировка характеристикзаданного ранее типажесткости

Для корректировки характеристик заданного ранеетипа жесткости следует:

Ä вызвать диалоговое окно Жесткости стержневыхэлементов;

Ä в списке Тип жесткости установить номеркорректируемого типа жесткости;

Ä откорректировать или добавить необходимыехарактеристики;

Ä нажать одну из кнопок замены – Заменить ивыйти или Заменить и продолжить. В первомслучае после замены характеристик диалоговоеокно будет закрыто, а во втором – работу покорректировке можно продолжить.

После выполнения описанных действий номер типажесткости не меняется.


120

Назначение элементам типажесткости, заданного ранее

Для назначения элементам типа жесткости, введенногоранее, следует:

Ä вызвать диалоговое окно Жесткости стержневыхэлементов;

Ä в списке Тип жесткости установить номернеобходимого типа жесткости;

Ä нажать кнопку ОК (и выйти из окна);Ä назначить установленный тип жесткости

элементам схемы.

Ввод и назначениежесткостных характеристикпластинчатым элементам

Рис. 4.1.8. Диалоговое окноЖесткости пластин

Для ввода характеристик жесткости пластинчатыхэлементов используется диалоговое окно Жесткости пластин(рис. 4.1.8), которое появляется после нажатия соответствую-щей кнопки в разделе Назначения инструментальной панели(см. рис. 4.1).

В этом окне вводятся такие характеристики, какобъемный вес материала, модуль упругости, коэффициентПуассона, толщина пластины и, если необходимо,характеристики упругого основания. Действия по вводу новых,корректировке и назначению заданных ранее типов жесткостейпластинчатых элементов не отличаются от аналогичныхдействий при работе со стержнями и достаточно подробноописаны в разделах, посвященных жесткостям стержней.

При вводе толщины пластины следует обратитьвнимание на то, что она задается всегда в тех же единицах, чтои линейные размеры. Значения объемного веса, модуляупругости и коэффициента Пуассона могут быть установленыавтоматически в зависимости от выбранного материала.

Функции вычисления коэффициентов постели могутбыть вызваны кнопками Расчет коэффициентов упругогооснования или Расчет коэффициентов деформативностиоснования в зависимости от вида учитываемого фактора. Этиже функции вызываются и из раздела меню Сервис.

Следует учесть, что реализованные в комплексефункции расчета коэффициентов постели не носятнормативный характер. Решение о применении полученныхзначений должен принимать пользователь.


121

Назначение жесткостныххарактеристик объемнымэлементам

Рис. 4.1.9. Диалоговое окноЖесткости объемных элементов

Ввод жесткостных характеристик выполняется вдиалоговом окне Жесткости объемных элементов(рис. 4.1.9). Так как характеристики жесткости этого типаэлементов включают только три параметра (модуль упругости,коэффициент Пуассона и удельный вес), то дляавтоматического ввода характеристик можно воспользоватьсятаблицей Материалы.

Удаление эквивалентныхтипов жесткости При выполнении операций сборки и копирования

появляются эквивалентные типы жесткости, имеющиеодинаковые описания и отличающиеся только номерами. Привыполнении этой операции отыскиваются эквивалентныеописания и удаляются номера типов жесткости, которые ихимели. Всем элементам, имевшим одинаковые описания,автоматически присваивается общий номер типа жесткости.


122

Физико-механические свойстваматериалов

При вводе жесткостных характеристик такие свойстваматериалов, как модуль упругости, объемный вес икоэффициент Пуассона могут быть назначены автоматически.Для этого используется список материалов, помещенный вразделе Материал диалоговых окон. Список можетпополняться и изменяться пользователями программы путемредактирования файла material.txt. Для корректировки илиподготовки нового списка можно воспользоваться редакторомWordPad.

Значения величин помещаются в одну строку иразделяются одним или несколькими пробелами, наименованиематериала записывается в кавычках, длина списка неограничивается. Единицы измерения задаются в тоннах иметрах.

Список доступен в режимах задания жесткостныххарактеристик для стержневых, пластинчатых и объемныхэлементов.

Формат списка

Удельныйвес

(т/м3)

Модульупругости

(т/м2)

Коэффи-циент

Пуассона

Наименованиематериала

2.5 2.14e6 .2 “Бетон тяжелый 12.5”

В качестве примера ниже приведен список материалов,поставляемых при инсталляции комплекса в файле material.txt.

2.5 2.14e6 .2 “Бетон тяжелый B12.5”2.5 2.35e6 .2 “Бетон тяжелый B15”2.5 2.75e6 .2 “Бетон тяжелый B20”2.5 3.06e6 .2 “Бетон тяжелый B25”2.5 3.31e6 .2 “Бетон тяжелый B30”2.5 3.52e6 .2 “Бетон тяжелый B35”2.5 3.67e6 .2 “Бетон тяжелый B40”2.5 3.82e6 .2 “Бетон тяжелый B45”2.5 3.98e6 .2 “Бетон тяжелый B50”2.5 4.03e6 .2 “Бетон тяжелый B55”2.5 4.08e6 .2 “Бетон тяжелый B60”

7.85 2.02e7 .25 “Сталь обыкновенная”7.85 2.02e7 .25 “Сталь специальная”7.81 2.1e7 .25 “Сталь качественная”7.85 2.04e7 .25 “Сталь легированная”7.75 2.2e7 .25 “Сталь нержавеющая”2.7 0.71e7 .3 “Алюминиевые сплавы”4.5 1.1e7 .3 “Титан и сплавы”


123

4.2 Назначение типаэлемента

Рис. 4.2.1. Диалоговое окноНазначение типа элемента

Эта операция позволяет назначить или заменить типконечных элементов. Для назначения типа элементовиспользуется одноименное диалоговое окно (рис. 4.2.1),которое вызывается нажатием соответствующей кнопки вразделе Назначения инструментальной панели (см. Рис. 4.1).

Для выбора типа элемента в этом окне следуетвыполнить такие операции:

Ä активизировать опцию с наименованием соответ-ствующего вида элементов (стержни, оболочки ит.д.);

Ä из списка типов элементов выбрать необходимыйтип;

Ä нажать кнопку ОК диалогового окна;Ä выбрать на схеме элементы, которым назначается

выбранный тип, и выполнить назначение, нажавкнопку ОК в инструментальной панели.

Перед тем, как назначить тип элемента, обратитевнимание на краткое описание, которое выводится винформационном поле диалогового окна после выбораэлемента из списка, а также на пиктограмму с изображениемместных осей элемента. Тип элемента должен соответствоватьустановленному типу расчетной схемы. Правильный выбортипа элемента позволит избежать ошибок при решении задачи.

Установленный тип будет назначен толькотем элементам, которые имеют соответствующееколичество узлов.

При включенном маркере Учет геометрическойнелинейности выбранным элементам будет назначен тип,позволяющий выполнить расчет с учетом большихперемещений.


124

4.3 Задание абсолютножестких вставок

Рис. 4.3.1. Диалоговое окно Жесткие вставки

В этом режиме выполняется назначение абсолютножестких вставок (недеформируемых частей) стержневымэлементам. Жесткие вставки могут описываться двумяспособами: в общей системе координат расчетной схемы или вместной системе координат элемента по любому направлению.Для ввода характеристик жестких вставок используетсядиалоговое окно Жесткие вставки (рис. 4.3.1), в которомследует назначить способ описания вставок и ввести их длины.

При вводе в местной системе координат местная осьХ1 элемента проходит от узла 1 к узлу 2, а длины жесткихвставок задаются в виде длин проекций на соответствующиеместные оси.

При вводе в общей системе координат длины жесткихвставок задаются в виде проекций на оси общей системыкоординат, т.е. как векторы, направленные от узла к гибкойчасти стержня.

Порядок задания жестких вставок уже хорошо знакомиз других режимов работы – ввести длины, выбрать элементыи нажать кнопку ОК. Следует отметить, что корректировка длин жесткихвставок или их удаление сводится фактически к их новомуназначению, причем в последнем случае – с нулевой длиной повсем направлениям.

Помните, что при отключенном фильтре

отображения жестких вставок на схеме показанне элемент, а линия, соединяющая узлы. Приналичии жестких вставок эта линия может несоответствовать действительному положениюэлемента в схеме.


125

4.4 Ввод и удалениешарниров

Рис. 4.4.1. Диалоговое окноУсловия примыкания стержней

Рис. 4.4.2. Диалоговое окноУдаление шарниров

Для стержневых элементов могут быть назначены

условия примыкания элемента к узлу расчетной схемы в видесвободы взаимного поворота вокруг осей местной системыкоординат (цилиндрических шарниров) или свободы взаимныхлинейных смещений вдоль этих осей (ползуны). По умолчаниюсчитается, что такие независимые перемещения невозможны всилу имеющихся связей между элементом и узлом.

Назначение условий примыкания выполняется вдиалоговом окне Условия примыкания стержней(рис. 4.4.1), в котором соответствующими кнопкамиустанавливаются условия примыкания в каждом из узлов. Этоже окно используется и в тех случаях, когда нам надо изменитьранее заданные условия примыкания (но не отменить все).

Для выполнения этой функции следует:Ä нажать соответствующую кнопку в инстру-

ментальной панели;Ä назначить в появившемся диалоговом окне усло-

вия примыкания;Ä нажать кнопку ОК диалогового окна;Ä выбрать на схеме нужные элементы;Ä нажать кнопку ОК в инструментальной панели.

Для отмены заданных условий примыкания по всем

направлениям используется специальная кнопка , нажатиена которую вызывает диалоговое окно Удаление шарниров(рис. 4.4.2). Здесь понятие “шарнир” введено как обобщенное икасается как собственно шарниров, так и ползунов.

В зависимости от активных кнопок удаление будетвыполнено в одном или в обоих узлах стержня. Действия поудалению аналогичны действиям назначения – выбратьэлементы и нажать кнопку ОК в инструментальной панели.

Для отображения шарниров на схеме используется

кнопка фильтров .


126

4.5 Углы ориентацииглавных осей инерциисечения

Рис. 4.5.1. Диалоговое окноОриентация осей инерции

Этот режим используется, когда ориентация главныхосей инерции сечения стержня не совпадает с принятой поумолчанию. Ориентация может быть задана путем указанияугла поворота осей (в градусах или радианах) или назначениемкоординат точки, относительно которой разворачиваютсяместные оси Y1 выбранных элементов.

Управление режимом выполняется с помощьюдиалогового окна Ориентация осей инерции (рис. 4.5.1),которое вызывается нажатием соответствующей кнопки вразделе Назначения инструментальной панели (см. Рис. 4.1).

В диалоговом окне следует активизировать опциюспособа задания углов (по умолчанию – угол поворота осей) иввести необходимые данные. При вводе угла следует указать, вкаких единицах задан угол – радианах или градусах. Всеостальные действия уже знакомы – нажать кнопку ОК вдиалоговом окне, выбрать элементы и подтвердить операциюнажатием кнопки ОК в инструментальной панели.

Для того чтобы восстановить значения углов,принятые по умолчанию, необходимо повторить операциюназначения, задав при этом угол 0о.

Корректировка значений углов поворота осей длязаданного элемента может быть выполнена путем вызовафункции Местные оси в окне Информация об элементе.

Окно вызывается нажатием кнопки панели фильтров.


127

4.6 Назначениепромежуточныхсечений вычисленияусилий

Рис. 4.6.1. Диалоговое окноВычисление усилий в

дополнительных сечениях

Этот режим используется, когда необходимо знатьзначение усилий в промежуточных точках по длине стержняили в узлах пластинчатых и объемных элементов (напомним,что по умолчанию усилия вычисляются только в начале иконце стержня и в центре пластины). Знание усилий впромежуточных сечениях стержней необходимо, например,если предполагается выполнять подбор арматуры. Управлениережимом выполняется в диалоговом окне Вычисление усилийв дополнительных сечениях (рис. 4.6.1).

В окне следует активизировать опции, определяющиевид элементов (стержни или пластины), и назначить пара-метры: для стержней – количество сечений (общее, включаясечения в начале и конце стержня), для пластин и объемныхэлементов – вид выдаваемой информации.

Все остальные действия традиционны – нажать кнопкуОК в диалоговом окне, выбрать элементы, нажать кнопку ОКв инструментальной панели. Для изменения параметровназначения необходимо повторить назначение с новымиданными.


128

4.7 Изменениенаправления местнойоси Х1 стержней напротивоположное

С помощью этой операции можно поменятьнаправление местной оси Х1 стержневых элементов напротивоположное, т.е. фактически поменять местами первый ивторой узлы элемента. Для выполнения операции следуетнажать на соответствующую кнопку в разделе Назначения,выбрать нужные элементы и нажать кнопку ОК.

4.8 Назначение связей вузлах

Рис. 4.8.1. Диалоговое окноЗадание связей в узле

Связи в узлах расчетной схемы назначаются вдиалоговом окне Связи (рис. 4.8.1), которое вызываетсянажатием соответствующей кнопки в разделе Назначенияинструментальной панели. Для назначения связей в узлеследует выбрать с помощью соответствующих кнопокнаправления степеней свободы, по которым накладываютсясвязи, нажать кнопку ОК в диалоговом окне, выбрать на схемеузлы и выполнить операцию нажатием кнопки ОК в разделеНазначения.

В зависимости от установленного в окне режима связив узлах будут полностью заменены (удалены, если отключенывсе кнопки направлений) или добавлены к ранее назначенным.

Для отображения связей на схеме можно

воспользоваться кнопкой фильтров .


129

4.9 Объединениеперемещений

Рис. 4.9.1. Диалоговое окноОбъединение перемещений

Объединение перемещений узлов расчетной схемывыполняется для именованных групп узлов и назначается спомощью диалогового окна Объединение перемещений(рис. 4.9.1). В нем задаются направления степеней свободы, покоторым объединяются перемещения группы, и вводятся именагрупп.

Для выполнения операции следует установить спомощью соответствующих кнопок направления степенейсвободы, по которым объединяются перемещения, задать имягруппы (желательно, чтобы группы имели уникальные имена),подтвердить заданные установки нажатием кнопки ОКдиалогового окна, выбрать на схеме узлы, которые входят вгруппу, и выполнить операцию, нажав кнопку ОК винструментальной панели.

Для отмены заданных назначений (удаления группы)следует активизировать режим объединения перемещений,выбрать имя удаляемой группы из списка Группыобъединений и нажать кнопку Удалить группу.Корректировка групп выполняется путем их удаления и вводановых групп.

Для отображения групп на схеме можно восполь-

зоваться кнопкой фильтров .


130

4.10 Напряжения вдользаданногонаправления

Рис. 4.10.1. Диалоговое окноЗадание осей вычисления

напряжений

В этом режиме обеспечивается возможность заданияосей вычисления напряжений, отличных от местной системыкоординат элемента. Это особенно важно, когда предполагае-тся выполнять подбор арматуры для участка или всей схемы, асетка конечных элементов носит нерегулярный характер(например, после триангуляции). В связи с этим направлениявыравнивания напряжений рекомендуется согласовать сориентацией арматурных сеток.

Кроме того, неупорядоченность направлений местныхосей элементов не позволяет корректно построить изолинии иизополя силовых факторов, Для невыравненных напряженийони попросту лишаются смысла.

Режим позволяет:• назначить направление оси Х вычисления напряжений в

общей системе координат. При этом заданная осьпроектируется на плоскость элемента, а ось Y лежит вплоскости элемента и проходит перпендикулярно кполученной проекции;

• назначить точку. Проекция линии на плоскость элемента,соединяющая эту точку с первым узлом элемента,определяет ось Х вычисления напряжений, а ось Y лежит вплоскости элемента и проходит перпендикулярно кполученной проекции;

• назначить направление оси X вычисления напряжений ввиде приращений по отношению к первому узлу элементов.

Рис. 4.10.2 Пример расчетной схемы

Оси вычисления напряжений задаются в диалоговом окнеЗадание осей вычисления напряжений (рис. 4.10.1). Ось Хвыдачи напряжений может быть задана приращениямиотносительно первого узла элемента, координатами точки илиявным указанием оси общей системы координат.

После активизации опции и задания в диалоговом окненеобходимых данных следует выбрать на схеме элементы,входящие во фрагмент, для которого применяются сделанныеназначения, и нажать кнопку ОК в разделе Назначения.

Для отмены сделанных назначений необходимоустановить режим задания осей и нажать в диалоговом окне накнопку Отменить выравнивание. После выхода из окнавыбрать на схеме элементы, у которых направление осейвыдачи напряжений должно совпадать с направлениемместных осей, и нажать кнопку ОК.

Отображение направления осей выдачи усилий нарасчетной схеме может быть получена с помощью кнопки

фильтров .На рис. 4.10.2 приведен пример расчетной схемы, в

которой для левой части схемы (в ней элементы расположеныортогонально относительно общей системы координат) заданыоси Х выдачи усилий вдоль направления оси Х общей системыкоординат, а для правой (развернутой части схемы) задание


131

осей выполнено путем ввода приращений относительно перво-го узла элемента (1 – 0.577 0), что соответствует углу −300.

4.11 Изменениенаправления местнойоси Z1 пластинчатыхэлементов

Эта операция позволяет изменить направлениеместной оси Z1 в пластинчатых элементах напротивоположное. Для выполнения операции достаточно послеее активизации выбрать на схеме нужные элементы и нажатькнопку ОК в инструментальной панели.

Цветовая или векторная индикация направления осей

может быть получена с помощью кнопки фильтров .

4.12 Назначение геометри-чески нелинейныхэлементов

После активизации этой операции следует выбрать насхеме элементы и нажать кнопку ОК в инструментальнойпанели. Выбранные элементы предназначены для учетабольших перемещений при выполнении нелинейного расчета.Номера типов элементов будут образованы путем добавления кномеру типа линейного элемента числа 300 (например, элементтипа 44 будет преобразован в 344 и т.п.).

Напомним, что библиотека геометрически нелинейныхэлементов включает все типы стержней и оболочек.

4.13 Односторонние связи

Рис. 4.13.1. Диалоговое окноОдносторонние связи

Эта операция используется для ввода и заданияхарактеристик одноузловых или двухузловых элементоводносторонних связей, которые позволяют моделироватьвзаимные контакты фрагментов схемы, схемы с другойконструкцией или основанием. Элементы этого типа использу-ются только при выполнении нелинейного расчета.

После активизации операции появляется диалоговоеокно Односторонние связи (рис. 4.13.1), в котором назнача-ется вид связи, ее характеристики, направление действия, атакже характеристики исходного состояния.

Характеристики связи определяют ее продольнуюжесткость EF, а также условия работы (сжатие или растя-жение).

Направление связи для одноузловых элементовзадается в общей системе координат, а для двухузловых − вместной. Задание ограничений перемещений в одном узле по


132

двум и более направлениям моделируется введением несколь-ких элементов.

Исходное состояние связи определяется введениемзазора или натяга. Причем натяг можно задать как усилиемпреднапряжения, так и начальным смещением.

После назначения характеристик и выхода издиалогового окна выполняется ввод элементов. Для вводаодноузловых связей следует выбрать на расчетной схеме узлы,в которых они устанавливаются, и нажать кнопку ОК винструментальной панели. Двухузловые связи вводятсяаналогично стержневым элементам. При этом их местная осьX1 будет направлена от первого выбранного узла ко второму.Корректировка характеристик односторонних связейвыполняется из цветовой шкалы жесткостей.

5 . З а д а н и е с х е м з а г р у ж е н и й

133

5. Задание схем загружений

Рассматриваются различные функции задания схемзагружений для выполнения статического и динамическогорасчетов. Управление этими функциями сосредоточено вразделе Загружения инструментальной панели (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Раздел Загружения инструментальной панели

Нагрузки, действующие на рассчитываемую конструк-цию, могут быть заданы в виде узловых сил и моментов, атакже местных сосредоточенных, трапециевидных и распреде-ленных сил и моментов. Загружение может включать в себякомбинацию нагрузок любого вида и характеризуется номероми именем. Если какие-то комбинации нагрузок встречаются внескольких загружениях, то в процессе формирования загруже-ний могут быть созданы Группы нагрузок, включающие этикомбинации. Группы сохраняются под данными им именами имогут добавляться в любые загружения.

В раздел Загружения включены следующие операции:

– автоматическое задание собственного веса;

– задание узловых нагрузок;

– задание нагрузок на стержневые элементы;

– задание нагрузок на пластинчатые элементы;

– задание температурных нагрузок;

– задание воздействий вида заданные перемещения;

– запись группы нагрузок;

– запись загружения;

– очистка схемы от нагрузок;

– удаление нагрузок;

– ввод параметров динамических загружений;

Выбор загружения Выбор группы нагрузок


134

– задание динамических нагрузок;

– сборка загружений из групп нагрузок;

– назначение коэффициентов группам нагрузок.

5.1 Задание статическихзагружений

Общий порядок задания нагрузок для статическихзагружений:

Ä с помощью кнопок инструментальной панеливыбрать вид нагрузки (узловые, местные настержни или пластины);

Ä в диалоговом окне назначить вид, направление изначение нагрузки;

Ä выбрать узлы или элементы, на которыеустанавливаются нагрузки;

Ä нажать кнопку ОК в разделе Загружения;Ä повторить описанные операции и для других

нагрузок, входящих в текущее загружение;Ä после назначения всех нагрузок текущего

загружения нажать на кнопку Запись загружения;Ä в диалоговом окне ввести имя загружения и

нажать кнопку ОК (номер загружения будетприсвоен автоматически, о чем сообщается винформационном окне);

Ä нажать кнопку Снять все нагрузки, если хотимввести новое загружение.

Необходимо отметить, что самыми “ответственнымифункциями” являются запись загружения и очистка всехустановленных нагрузок. Если загружение в явном виде незаписать, то система “не узнает” о его существовании. Этосвязано с тем, что в момент назначения нагрузок на схемуданные о нагрузках попадают в так называемую буфернуюпамять. Вся дальнейшая судьба нагрузок зависит целиком отпользователя. На их основе может быть создано новоезагружение, их можно записать на место ранеесформированного загружения и, наконец, их можно сохранитькак группу нагрузок.

Функция очистки всех установленных нагрузоквыполняет очистку буферной памяти и не затрагивает ужезаписанное загружение. Ее основное назначение – подготовитьсхему к вводу нового загружения. Если перед вводом новогозагружения память не очистить, то задаваемые нагрузки будутдобавлены к установленным ранее. Согласитесь, что иногда этовесьма полезное свойство системы, но пользоваться им нужно


135

аккуратно. После выполнения функции записи загружениепомещается в список Выбор загружения в инструментальнойпанели и, если необходимо откорректировать его илипроверить заданные нагрузки, то “достать” нужное загружениеможно только обращаясь к этому списку.

Никогда не упускайте возможность задать имязагружения. Это очень полезная информация, которая избавитот необходимости помнить, какие виды воздействий заданы вкаждом загружении.

Правила работы с группами нагрузок и корректировкизагружений описаны ниже.

Автоматическое заданиесобственного веса

Эта функция выполняется только в том случае, если заданыжесткостные характеристики элементов. При этом жесткостистержневых элементов должны быть описаны при помощьюпараметрических сечений или в виде ссылок на сортаментметаллопроката. Собственный вес элементов вычисляется какпроизведение площади поперечного сечения стержней илитолщины пластины на объемный вес материала.

Нагрузки от собственного веса моделируются в видеместных распределенных сил, действующих по направлениюоси Z общей системы координат. Для отображения нагрузок

используется кнопка фильтров .

Для задания собственного веса в одномзагружении необходимо нажать кнопку Собственныйвес только один раз. В противном случае нагрузкабудет добавлена многократно.


136

Узловые нагрузки

Рис. 5.1.1. Диалоговое окноВвод узловых нагрузок

Рис. 5.1.2. Диалоговое окноУзлы в мишени курсора

Задание направления и значений узловых нагрузоквыполняется в диалоговом окне Ввод Узловых нагрузок(рис. 5.1.1), которое появляется после нажатия соответ-ствующей кнопки в разделе Загружения инструментальнойпанели (см. рис. 5.1).

В зависимости от выбранного направления нагрузки вдиалоговом окне демонстрируется пиктограмма, показываю-щая положительное направление действия нагрузки.

Порядок ввода нагрузок соответствует описанномувыше и не должен вызывать никаких затруднений. Если узлыотмечаются курсором одиночного выбора, то при попадании вмишень нескольких узлов их список будет выводиться вспециальном диалоговом окне Узлы в мишени курсора(рис. 5.1.2). Если последовательно указывать на номера узлов всписке этого окна, то указанный узел будет выделяться насхеме красным цветом, а его координаты – выводиться в поляхКоординаты узла. Остановившись таким образом на нужномузле, следует нажать кнопку Отметить и тем самымподтвердить выбор.

При назначении узловых нагрузок предусмотренавозможность задания нагрузок гидростатического типа нагруппу выбранных узлов, закон их изменения попространственной координате, соответствующей “глубиневодоема”, является линейным. ”Глубина водоема” может бытьзадана в любом направлении.

При вводе таких нагрузок их величина,прикладываемая в каждый узел, будет изменяться полинейному закону от заданного начального значения доконечного в зависимости от координаты каждого узла вуказанном направлении развития (направление возрастания“глубины” назначается пользователем).


137

Задание нагрузок на группуузлов

Пример 1.Направление развития нагрузки Z,

направление нагрузки Х,диапазон изменения нагрузки Р1 = 1,

Р2 = 12.

Пример 2.Направление развития нагрузки Х,направление нагрузки Z, диапазонизменения нагрузки Р1 = 3, Р2 = 8.

Для ввода нагрузок следует активизировать вдиалоговом окне опцию На группу узлов, назначитьнаправление развития нагрузки, ввести начальное (Р1) иконечное (Р2) значения величины нагрузки Z и нажать кнопкуОК в диалоговом окне. Выбрать на расчетной схеме узлы, ивыполнить назначение нажатием кнопки ОК в разделеЗагружения инструментальной панели.

Если при назначении нагрузок была нажата кнопка

фильтров Узловые нагрузки , то на схеме будут отобра-жаться введенные нагрузки. При нажатой кнопке фильтров

рядом с изображением выводится и значение величинынагрузки.


138

Нагрузки на стержневыеэлементы

Рис. 5.1.3. Диалоговое окноЗадание нагрузок на стержневые

элементы

ПримерНазначение нагрузок

гидростатического типа настержневые элементы

Задание вида, направления и значения нагрузоквыполняется в диалоговом окне Задание нагрузок настержневые элементы (рис. 5.1.3), которое появляется посленажатия кнопки Нагрузки на стержни в разделе Загруженияинструментальной панели (рис. 5.1).

В окне следует установить систему координат, вкоторой задается нагрузка (общая или местная), вид нагрузки(сосредоточенная, распределенная, трапециевидная), ввестизначение нагрузки и ее привязку (для распределенных нагрузокпривязка не задается). В окне демонстрируется пиктограмма,показывающая положительное направление действия нагрузки.После нажатия кнопки ОК в диалоговом окне можноприступить к назначению введенной нагрузки на элементысхемы.

Перед началом ввода нагрузок желательно включить

соответствующий фильтр отображения .При вводе сосредоточенных и трапециевидных

нагрузок программа выполняет контроль привязки нагрузок подлине элемента и в случае, если нагрузка не попадает наэлемент, выдает сообщение и отмечает на схеме элементы, вкоторых допущена ошибка. Список таких элементов попадает вдиалоговое окно Некорректная операция (рис. 5.1.5).

Аналогично узловым нагрузкам для стержневыхэлементов также предусмотрено назначение нагрузокгидростатического типа. Они моделируются трапециевидныминагрузками. При этом конечное значение величины нагрузкиодного элемента равно начальному значению следующего.Правила их задания те же, что и для нагрузок на узлы:установить вид и направление нагрузки, назначитьнаправление развития и диапазон.

Нагрузка гидростатического типа изменяется полинейному закону. Однако на изображении она можетвыглядеть с изломом в случае, если нагрузка включает нулевоезначение.


139

Нагрузки на пластины

Рис. 5.1.4. Диалоговое окноЗадание нагрузок на пластинчатые

элементы

Рис. 5.1.5. Диалоговое окноНекорректная операция

Рис. 5.1.6. Диалоговое окноНазначение узлов привязки нагрузки

по линии

Задание вида, направления и значения нагрузоквыполняется в диалоговом окне Задание нагрузок напластинчатые элементы (рис. 5.1.4), которое открываетсяпосле нажатия кнопки Нагрузки на пластины винструментальной панели Загружения (см. рис.5.1). В окнеследует установить систему координат, в которой задаетсянагрузка (общая или местная), вид нагрузки (сосредоточенная,распределенная, трапециевидная), ввести значение нагрузки иее привязку (для распределенных и трапециевидных нагрузокпривязка не задается). В диалоговом окне демонстрируетсяпиктограмма, показывающая положительное направлениедействия нагрузки.

Так как для балок-стенок принята отличная от плит иоболочек система описания местных осей, то при заданиинагрузок на балки-стенки в местной системе координатжелательно устанавливать кнопку управления выводомпиктограмм в режим Балки-стенки.

После нажатия кнопки ОК в диалоговом окне можноприступить к назначению нагрузки на элементы схемы. Передначалом ввода нагрузок желательно включитьсоответствующий фильтр отображения.

Правила задания и отображения “гидростатическихнагрузок” полностью совпадают с правилами, определеннымидля узлов и стержней.

При вводе сосредоточенных нагрузок программавыполняет контроль привязки нагрузок в границах элемента.Если нагрузка не попадает на элемент, выдается сообщение иотмечаются на схеме элементы, в которых допущена ошибкапривязки. Список элементов с некорректно заданной привязкойнагрузки приводится в диалоговом окне Некорректнаяоперация (рис. 5.1.5). На все остальные элементы нагрузкабудет задана.

Нагрузка на пластинчатые элементы может бытьзадана и распределенной по линии, соединяющей двауказанных пользователем узла элемента. Для задания этойнагрузки необходимо:

Ä в диалоговом окне назначить вид нагрузки(равномерно распределенная или трапециевидная)и активизировать соответствующую кнопку Полинии;

Ä установить направление и ввести величинунагрузки;

Ä нажать кнопку ОК в диалоговом окне;Ä выбрать на схеме элементы, к узлам которых

привязывается нагрузка;


140

Ä нажать кнопку ОК в разделе Загружения;

Ä в диалоговом окне Назначение узлов привязкинагрузки по линии (рис. 5.1.6) назначить узлы, ккоторым привязывается нагрузка (узлы обводятсяна схеме зеленым и желтым кольцами для первогои второго узлов привязки соответственно);

Ä нажать кнопку Назначить только выбранномуэлементу или Повторить для всех выбранныхэлементов.

В случае использования кнопки Назначить тольковыбранному элементу нагрузка будет назначена одномуэлементу (его номер указан в окне). После назначения маркервыбора этого элемента будет погашен и управление перейдет кследующему по порядку элементу.Если была нажата кнопка Повторить для всех выбранныхэлементов, то нагрузка будет автоматически назначена всемвыбранным элементам. Естественно, что при этом необходимобыть уверенным, что положение узлов, между которымизадается нагрузка, во всех выбранных элементах соответствуетзамыслу нагружения.


141

Температурные нагрузки

Рис. 5.1.7. Диалоговое окноТемпературные нагрузки

(активна закладка Балка-стенка)

Ввод температурных нагрузок выполняется взависимости от типа элемента. Величины и вид нагрузокназначаются в многостраничном диалоговом окнеТемпературные нагрузки, в котором каждому типу элементасоответствует своя закладка (рис. 5.1.7).

Для ввода нагрузок требуется:Ä нажать кнопку Температурные нагрузки в

разделе Загружения инструментальной панели;Ä активизировать закладку, соответствующую типу

элементов, которым назначаются нагрузки;Ä активизировать опцию с наименованием типа

элемента;Ä активизировать опцию с наименованием вида

нагрузки;Ä ввести значения параметров нагрузки;Ä выйти из диалогового окна, нажав кнопку ОК;Ä выбрать на схеме элементы, которым назначается

введенный тип нагрузки;Ä нажать кнопку ОК в инструментальной панели.Если при назначении нагрузок была нажата кнопка

фильтров Температурные нагрузки , на схеме будутотображаться введенные нагрузки.


142

5.2 Удаление нагрузок

Рис. 5.2.1. Диалоговое окноУдаление нагрузок

Для удаления нагрузок из текущего загружения иливсего загружения используется функция, которая активизиру-ется кнопкой Удаление нагрузок в разделе Загруженияинструментальной панели. Выбор операции удалениявыполняется в диалоговом окне Удаление нагрузок(рис. 5.2.1).

Для удаления загружения необходимо выбрать его всписке загружений и нажать кнопку ОК в диалоговом окне.При этом из удаляемого загружения исключаются все заданныев нем нагрузки, а загружение формально остается. Это связанос возможными ссылками на это загружение в исходных данныхдля вычисления расчетных сочетаний усилий, комбинацийзагружений и др.

Для удаления всех нагрузок с выбранных узлов илиэлементов следует:Ä активизировать в диалоговом окне опцию с наименова-

нием выполняемой операции (Все нагрузки с выбранныхузлов или Все нагрузки с выбранных элементов);

Ä нажать кнопку ОК (диалоговое окно закроется);Ä выбрать на схеме элементы или узлы, с которых удаля-

ются нагрузки;Ä нажать кнопку ОК в разделе Загружения.

Нагрузки можно удалить выборочно, указав их вид инаправление. Для этого необходимо:Ä активизировать в диалоговом окне опцию с

наименованием выполняемой операции (Указанныенагрузки с выбранных узлов или Указанные нагрузки свыбранных элементов);

Ä активизировать опцию По виду, направлению;Ä установить с помощью кнопок или маркеров параметры

удаляемой нагрузки;Ä нажать кнопку ОК (диалоговое окно закроется);Ä выбрать на схеме элементы или узлы, с которых

удаляются нагрузки;Ä нажать кнопку ОК в разделе Загружения.

И, наконец, можно удалить нагрузки определенногозначения, выполнив следующие действия:Ä активизировать в диалоговом окне опцию с

наименованием выполняемой операции (Указанныенагрузки с выбранных узлов или Указанные нагрузки свыбранных элементов);

Ä активизировать опцию По значению;Ä отметить в списке значения удаляемых нагрузок;Ä нажать кнопку ОК (диалоговое окно закроется);Ä выбрать на схеме элементы или узлы, с которых

удаляются нагрузки;


143

Ä нажать кнопку ОК в разделе Загружения.

Рис. 5.2.2. Диалоговое окноУзловые нагрузки

Рис. 5.2.3. Диалоговое окноНагрузки на элемент

Существует еще одна возможность удалить нагрузки,реализованная в режиме получения информации об узле или

элементе (кнопки фильтров и соответственно). Вэтом случае нагрузки можно удалить выборочно.

После активизации одного из этих режимов и выбораинтересующего нас объекта (узла или элемента) откроетсядиалоговое окно с достаточно полной информацией об этомобъекте. В этом окне установлена кнопка Нагрузки, нажатиемкоторой открывается диалоговое окно со списком всехнагрузок, приложенных к исследуемому объекту во всехзагружениях (рис. 5.2.2 и 5.2.3).

Кроме контроля вида, направления и значениянагрузок в этом окне можно выполнить и их удаление.Единственное ограничение – нагрузки можно удалять только изтекущего загружения. Для удаления нагрузки достаточнопометить в списке строку с наименованием удаляемой нагрузки(она должна иметь признак Текущее загружение) и нажатькнопку Удаление нагрузки.


144

5.3 Группы нагрузок

Рис. 5.3.1. Диалоговое окноСохранить группу нагрузок

Группы нагрузок – это аналоги загружений, которыеотличаются от последних тем, что, во-первых, они неучитываются в расчете в качестве загружения, а используютсятолько на стадии формирования загружений и, во-вторых,могут быть добавлены в любое загружение. Наиболее частогруппы нагрузок используются в тех случаях, когда некоторыйнабор нагрузок на узлы и/или элементы включается внесколько загружений. Для создания групп:

Ä используя кнопку Снять все нагрузки, сброситьтекущее загружение и очистить буферную память;

Ä ввести нагрузки, которые надо поместить в группу;

Ä нажать кнопку Запись группы нагрузок ;Ä в открывшемся диалоговом окне Сохранить

группу нагрузок (рис. 5.3.1) ввести имя группы(имя обязательно, так как группы номеров неимеют) и нажать кнопку ОК.

После выполнения этих операций наименованиевведенной группы попадает в список Выбор группы нагрузокинструментальной панели.

Для включения группы в загружение достаточновыбрать из списка нужную группу. В одно загружение можновключать любое количество групп. Если в качестве группывыступает целое загружение, то его можно записать и какзагружение и как группу.

Перед созданием нового загружения илигруппы нагрузок необходимо сохранить текущее за-

гружение или группу нагрузок и после этого

очистить схему от нагрузок .


145

Задание нагрузок сиспользованием групп узлов иэлементов

Рис. 5.3.2. Расчетная схемас отмеченными жирной линиейвыбранными элементами

Рис. 5.3.3. Всем элементам группыназначена сосредоточенная сила

Рис. 5.3.4. Всем элементам группыназначена распределенная нагрузка

Группы узлов и элементов могут быть эффективноиспользованы при задании нагрузок. Если при подготовкерасчетной схемы часть элементов в различных загруженияхполучает одинаковые нагрузки, то эти элементы удобнообъединять в группы. Перед назначением нагрузки следуетвыбрать нужную группу, ввести параметры нагрузки и нажатькнопку ОК в разделе Загружения инструментальной панели.

В качестве примера рассмотрим расчетную схему,приведенную на рис. 5.3.2. Если в процессе описания нагрузокна выбранные элементы (на рисунке они помечены жирнойлинией) в разных загружениях назначается нагрузка, то имеетсмысл запомнить эти элементы как группу. Вся дальнейшаяработа будет проходить по следующему сценарию:

Ä перед заданием нагрузок выбрать нужную группуиз списка Выбор группы элементов (разделГруппы инструментальной панели);

Ä в разделе Загружения назначить тип, ввестинаправление и величину нагрузки;

Ä назначить нагрузку элементам группы.В результате все элементы группы получат заданную

нагрузку, например, сосредоточенная сила 1 т по направлениюZ (рис. 5.3.3). Повторим описанные выше действия для этой жегруппы, назначив элементам распределенную нагрузку 0.3 т(рис. 5.3.4).

Таким образом, если в одном или несколькихзагружениях используются одни и те же элементы приназначении различных нагрузок, то такие элементы удобнообъединять в именованные группы. Аналогично можноработать и с группами узлов.


146

Сборка загружений из группнагрузок

Рис. 5.3.5. Страница Включение группы в загружение

Рис. 5.3.6. СтраницаФормирование загружения из групп

Сборка загружений из групп нагрузок выполняется водноименном диалоговом окне. Оно включает две страницы.Первая - Включение группы в загружение (рис. 5.3.5)позволяет добавить в различные загружения группу нагрузок сзаданным коэффициентом. Для выполнения этой операцииследует:

Ä из списка Группы нагрузок выбрать группу,которая включается в одно или несколькозагружений;

Ä в таблице активизировать маркеры загружений, вкоторые включается выбранная группа;

Ä ввести коэффициенты, с которыми группа входитв загружения;

Ä нажать кнопку Выполнить.Вторая - Формирование загружения из групп

(рис. 5.3.6) предназначена для формирования новогозагружения из групп нагрузок. При этом каждая группа можетвходить в загружение со своим коэффициентом. Длявыполнения этой операции следует:

Ä в таблице активизировать маркеры групп, изкоторых формируется загружение;

Ä назначить этим группам коэффициентыÄ нажать кнопку Выполнить.После выхода из диалогового окна новое загружение

необходимо сохранить, воспользовавшись кнопкой

Сохранить/Добавить загружение .


147

Назначение коэффициентовгруппам нагрузок

Рис. 5.3.7. Диалоговое окноНазначение коэффициентов

масштабирования

Рис. 5.3.8. Диалоговое окноКоэффициент масштабирования

нагрузок

Эта операция позволяет назначить коэффициентыгруппам, которые добавляются в загружения традиционнымспособом, т.е. путем их выбора из списка в инструментальнойпанели. В диалоговом окне Назначение коэффициентовмасштабирования можно выбрать режим назначения –использовать введенное значение коэффициента для всехдобавляемых групп или запрашивать коэффициент для каждойгруппы. Во втором случае после выбора группы из спискапоявляется диалоговое окно Коэффициент масштабиро-вания нагрузок (рис. 5.3.8), в котором задается коэффициентдля выбранной группы.


148

5.4 Подготовка данных длярасчетана динамическиевоздействия

В комплексе реализованы возможности расчета наследующие динамические воздействия:

• сейсмика;• сейсмика по заданным акселерограммам;• пульсации ветра;• импульс;• удар;• гармонические воздействия;• а также проведение модального анализа.Для расчета на динамические воздействия необходимо

подготовить данные о вариантах динамических загружений изадать для каждого из этих загружений набор характеристиксоответствующего воздействия, порождающего колебаниясистемы.

Динамические загружения должны учитыватьинерционные силы. Эти силы связаны с узловымисосредоточенными массами и массами, расположенными наэлементах системы. Направление узловых масс должносоответствовать поступательным динамическим степенямсвободы, соответствующим граничным условиям, признакусхемы. Массы на элементах задаются в виде местныхраспределенных и сосредоточенных нагрузок.

Задание масс возможно и путем ссылки на статическоезагружение, все местные нагрузки которого интерпретируютсякак массы, расположенные на элементах. При этом в одномзагружении могут одновременно использоваться различныеспособы описания масс.

При расчете на приложенные в узлы ударные,импульсные и гармонические воздействия кроме масснеобходимо дополнительно задать амплитудные значения,период и направление действующих внешних сил. Для другихвидов динамических загружений вся необходимая информациясодержится в общем описании ситуации (указание насейсмичность площадки или на номер ветрового района,например).

Рекомендуется следующий порядок ввода информациипри подготовке вариантов загружения:

Ä на первом шаге создаются загружения, длякоторых задаются характеристики динамическихвоздействий;

Ä на втором - этим загружениям назначаются массы(в этом случае загружения следует сохранить подранее назначенными номерами).

При этом возможен вариант, когда массы вообще незадаются, а к динамическим загружениям присоединяютсястатические. Естественно, что в этом случае присоединенныезагружения участвуют в расчете как бы дважды – и какстатические и как динамические.


149

Назначение характеристикдинамических загружений

Характеристики динамических воздействий назнача-ются в группе диалоговых окон, которая активизируетсянажатием кнопку Динамические воздействия в разделеЗагружения. На заглавной странице Общие Характеристики(рис. 5.4.1) устанавливается (или создается новое)динамическое загружение, назначается его вид, выполняютсяоперации по присоединению статических загружений кдинамическим, фиксируется необходимость определенияпериодов и форм собственных колебаний для текущегозагружения.

Для назначения характеристик текущему загружениюнеобходимо переключиться на соответствующую закладку,ввести информацию в текстовые строки и выставить в спискахнеобходимые графы. Следует помнить, что доступными дляработы являются только те окна, наименование которыхсовпадает с установленным для текущего загружения видомдинамического воздействия.

Контроль и фиксация всей введенной информации покаждому из описываемых загружений выполняется нажатиемкнопки ОК в нижней части диалогового окна. При этом, есливведенная информация корректна, то группа окон закрываетсяи управление передается главному окну препроцессора. Впротивном случае на экран выводятся окна предупреждений, вкоторых содержится информация об ошибке и указываетсяномер загружения, в характеристиках которого допущенаошибка.

При необходимости продолжить работу в группе оконследует активизировать закладку Общие характеристики.

Общие характеристики

Рис. 5.4.1. Диалоговое окно Общие характеристики

Функциональные возможности окна Общиехарактеристики будут использоваться для создания новыхзагружений, назначения их вида, а также присоединениястатических загружений к динамическому. Главное помнить,что первым действием должен быть выбор заданного ранее илисоздание нового загружения.

Для изменения вида динамического воздействия илизамены ранее заданных параметров используется списокЗагружение, который содержит перечень всех созданныхдинамических загружений. Если выбрать в списке какое-либозагружение, все элементы управления окна перенастроятся всоответствии с заданными ранее характеристиками выбранногозагружения.

Если создается новое загружение, следует начать сзадания его имени. Поле ввода имени находится справа откнопки Создать новое загружение. Можно отказаться от


150

наименования загружения и просто нажать эту кнопку. В этомслучае новое загружение войдет в список безымянным.

Если одно из ранее созданных динамическихзагружений имеет те же или близкие характеристики, что иновое, процесс назначения характеристик можно существенноупростить. Для этого используется режим Значенияпараметров взять из загружения. В списке, стоящем справаот наименования режима, перечислены все ранее созданныединамические загружения. Если выбрать из списка загружение-аналог, все характеристики текущего загружения получат те жезначения и достаточно будет только откорректировать их всоответствии с требованиями нового загружения.

Еще одной функцией рассматриваемого окна являетсяприсоединение к текущему динамическому загружениюстатических загружений, для которых в процессе расчета будетавтоматически выполняться режим преобразованиястатических нагрузок в массы.

Для выполнения этой функции следует активизироватьв окне соответствующую кнопку, выбрать в спискеприсоединяемое загружение, ввести в поле ввода значениекоэффициента, с которым это загружение присоединяется кдинамическому, и нажать кнопку Записать. В развернутомсписке появится новая строка, в первой позиции которой будетстоять номер присоединяемого загружения, а во второй –значение коэффициента.

Если возникнет необходимость удалить загружение изсписка присоединенных, то достаточно выбрать в развернутомсписке строку, в которой записано удаляемое загружение, инажать кнопку Удалить.

Правила выполнения расчета таковы, что можно невычислять период и формы собственных колебаний длятекущего загружения, если количество назначенных для негоформ собственных колебаний меньше или равно последнему изранее вычисленных форм и если не менялись инерционныехарактеристики системы. В противном случае определениепериодов и форм обязательно. Если признак определенияпериодов и форм собственных колебаний не активен, ахарактеристики системы изменились, то в процессе расчетапериоды и формы собственных колебаний будут вычисленыавтоматически.

Перед вводом характеристик нового динамическогозагружения обязательно нажмите кнопку Создатьновое загружение. В противном случае вся введеннаяинформация будет отнесена к текущему (ранеесозданному) загружению или утеряна.


151

Сейсмика

Рис.5.4.2. Диалоговое окноСейсмика

В этом окне назначаются характеристики загруженийдля расчета на сейсмические воздействия согласноСНиП II-7-81*. Операции по назначению этих характеристикдостаточно просты. Мы не будем подробно останавливаться накаждом элементе управления этого окна. Сосредоточимвнимание на тех вопросах, которые требуют дополнительныхпояснений.

Пользователей не должен смущать тот факт, чтосписки с характеристиками сооружения не так подробны, как вСНиП. Это объясняется возможностями диалоговых окон. Этисписки носят чисто информационный характер и, еслиинформации недостаточно, лучше воспользоваться СНиП, вкоторых имеются ссылки на соответствующие таблицы.

Сейсмичность площадки задается без учетакатегории грунта. Изменение сейсмичности в зависимости откатегории грунта следует учесть при задании значенияпоправочного коэффициента.

Под Ориентацией высоты здания на схеме следуетпонимать направление действия гравитационных сил. Снеобходимостью задания этого значения, отличным отнаправления оси Z, мы можем столкнуться только в томслучае, если по каким-то соображениям ориентация моделиконструкции на расчетной схеме отличается отдействительного положения конструкции в пространстве.

Поправочный коэффициент задается длякорректировки исходных данных, если имеется необходимостьполнее учесть требования СНиП. Этот коэффициент можетпринимать любое положительное значение, и на негоумножаются результаты расчета инерционных сил отсейсмического воздействия. В качестве примеров, когданеобходимо применять значение поправочного коэффициента,отличное от единицы, можно указать на такие ситуации:

• категория грунта требует изменения сейсмичностиплощадки (например ее уменьшения на один балл), чтоприводит к необходимости задания шестибалльнойсейсмики (см., например, табл. 1 СНиП II-7-81*).Учитывая то, что повышение сейсмичности на один баллприводит к удвоению результата, можно указатьсейсмичность площадки как семибалльную и задатьзначение поправочного коэффициента равным 0.5;

• необходимо проверить расчетом реально существующуюконструкцию на воздействие землетрясения интенсив-ностью 8.5 баллов. Достаточно указать сейсмичностьплощадки в 8 баллов и задать значение поправочногокоэффициента равным 28,5/28 = 1.414;

• “Нормы проектирования атомных станций” ПН Г-5-006-87 (пункт 3.3) требуют учитывать специальный коэф-фициент особых условий эксплуатации атомных станций


152

Кэ. Это можно сделать, задавая соответствующиезначения поправочного коэффициента в окне Сейсмика.Направление действия сейсмической нагрузки задается

значениями косинусов углов по отношению к осям общейсистемы координат.

Назначение остальных характеристик длярассматриваемого режима не должно вызывать трудностей.

Сейсмика по заданнымакселерограммам

Рис. 5.4.3. Диалоговое окноСейсмика по акселерограммам

Данные для выполнения расчета на сейсмическиевоздействия по заданным акселерограммам вводятся вдиалоговом окне Сейсмика по акселерограммам (рис. 5.4.3).Так же, как и при подготовке данных для расчета насейсмические воздействия, в этом режиме необходимо указать:

• количество учитываемых форм собственных колебаний;• ориентацию высоты здания на расчетной схеме;• направление действия сейсмической нагрузки;• расстояние между дневной поверхностью и началомобщей системы координат.

Кроме этих данных следует выбрать имя файла,который содержит ординаты акселерограммы, а также задатькоэффициент диссипации и масштабный множитель какселерограмме.

Коэффициент диссипации обычно задается 0.1 – длястроительных конструкций и 0.2 – для машиностроительных.

Считается, что ординаты акселерограммы заданы вмасштабе от величины ускорения свободного паденияg=9.81м/с2. Масштабный множитель Р к акселерограммеучитывается по следующим правилам:

при Р = 0 или Р = 1 up(t) = UG * 9.81;при Р > 0 up(t) = UG * P;up(t) – ординаты акселерограммы;UG – величина ускорения в долях g.

Если пользователь хочет использовать поставляемыевместе с комплексом файлы стандартных акселерограмм(расширение SPC), то после инсталляции их необходимоперенести из каталога с программами в каталог с файламиисходных данных.


153

Пульсации ветра

Рис. 5.4.4. Диалоговое окноПульсации ветра

Характеристики загружений для расчета на ветровыевоздействия согласно СНиП 2.01.07-85 назначаются в окнеПульсации ветра (рис. 5.4.4).

При вводе данных следует обратить внимание наследующее:

• обязательно должно быть задано направление действияветра;

• в соответствии с заданным направлением необходимоввести значение ширины здания по фронту обдуваемойповерхности и длины вдоль направления действияветра;

• необходимо выбрать из списка номер ветровогостатического загружения (именно выбрать, даже еслиэто загружение первое в списке);

• поправочный коэффициент (он по умолчанию заданравным 1) должен быть больше 0.Число форм собственных колебаний конструкции,

которые необходимо учесть в расчете, обычно задается 3 – дляплоских конструкций и 6 – для пространственных. При этомчисло учтенных в результате форм может оказаться меньше,так как, если собственная частота меньше предельной частотырассчитываемого сооружения, то согласно СНиП она неучитывается.

Все другие характеристики задаются путем выборанеобходимой строки в списках.

Гармонические колебания

Рис. 5.4.5. Диалоговое окноГармонические колебания

В окне Гармонические колебания (рис. 5.4.5)назначаются характеристики для расчета гармоническихколебаний с учетом промежуточных резонансных состояний ина технологическую (заданную) частоту. Выбор вида расчетавыполняется активизацией соответствующей опции. Остальныехарактеристики задаются в полях ввода. Для назначениядинамических нагрузок используется одноименное диалоговое

окно, которое вызывается нажатием кнопки в разделеЗагружения инструментальной панели.


154

Импульс, Удар

Рис. 5.4.6. Диалоговое окноИмпульс, Удар

В полях ввода окна Импульс, Удар (рис. 5.4.6)назначаются характеристики для расчета на импульсные иударные воздействия. Для назначения динамических нагрузокиспользуется одноименное диалоговое окно, которое вызыва-

ется нажатием кнопки в разделе Загружения.

Модальный анализ

Рис. 5.4.7. Диалоговое окноМодальный анализ

В окне Модальный анализ (рис. 5.4.7) вводитсяединственная необходимая для выполнения модальногоанализа характеристика – число учитываемых формсобственных колебаний.


155

Ввод динамических нагрузок

Рис. 5.4.8. Диалоговое окноДинамические нагрузки

Массы, как и другие динамические нагрузки, могутбыть отнесены только к динамическому загружению, котороесоздано заранее и все характеристики которого назначены в со-

ответствующем режиме (кнопка в разделе Загружения).Для задания динамических нагрузок используется

кнопка Инерционные характеристики, расположенная вразделе Загружения. При вводе масс в диалоговом окнеДинамические нагрузки (рис. 5.4.8.) следует назначить:• для масс в узлах – направления соответствующих

динамических перемещений и значение массы;• для масс, приложенных к элементам, – вид массы

(сосредоточенная или распределенная) и привязку длясосредоточенных масс. Если массы назначаютсяпластинчатым элементам, то предварительно необходимоактивизировать соответствующую кнопку.

Величина массы характеризуется ее весом и задается втоннах (или других назначенных для конкретной задачиединицах измерения силы), т.е. в виде произведения массы наускорение свободного падения.

При назначении нагрузок для различных видов расчетана динамические воздействия следует выполнить следующее:

Ä в разделе Загружения выбрать нужное динами-ческое загружение;

Ä нажать кнопку Задание масс;Ä в диалоговом окне Динамические нагрузки акти-

визировать опцию с наименованием выполняемогорасчета;

Ä ввести данные в соответствующие поля ввода, адля расчета на импульсные и ударные воздействияназначить форму и направление воздействия(направление необходимо задать и при расчетегармонических колебаний);

Ä нажать кнопку ОК диалогового окна;Ä выбрать на схеме узлы или элементы, в которые

приводятся назначенные воздействия;Ä нажать кнопку ОК в разделе Загружения;

Ä выполнить операцию перезаписи загружения под ранее назначенным динамическомузагружению номером.

Динамические нагрузки могут быть назна-чены только динамическому загружению.


156

6 . У п р а в л е н и е р а с ч е т о м

157

6. Управление расчетом

Рис. 6.1. Диалоговое окноПараметры расчета

Рис. 6.2. Диалоговое окноПараметры расчета с доступнымиполями ввода данных и опциями

управления расчетом

В главе 1 уже отмечалось, что выполнение расчетавозможно только при условии, когда исходные данныетекущего проекта содержат обязательный минимуминформации, т.е. геометрию расчетной схемы, описаниежесткостных характеристик всех элементов и, по крайней мере,одно загружение. Так как полный контроль исходных данныхвыполняется на первом шаге расчета, то при наличии этойинформации процессор стартует.

Активизация расчета выполняется из соответству-ющего раздела Дерева проекта. После чего появляетсядиалоговое окно Параметры расчета (рис. 6.1), в которомследует выбрать режим работы процессора (Полный расчетили Продолжение расчета) и нажать кнопку Выполнитьрасчет. Как правило, режим Продолжение расчетаиспользуется в тех случаях, когда по какой-либо причине былпрерван расчет задачи. Им можно воспользоваться и послемодификации исходных данных, которые не затрагивали узлы,связи и элементы (например, после корректировки нагрузок).

Для изменения параметров настройки вычислитель-ного процесса используется кнопка Параметры, после нажатиякоторой в диалоговом окне становятся доступными поля вводаданных и опции управления расчетом (рис. 6.2). Параметрынастройки условно можно разделить на шесть групп.

В первой - находятся параметры управленияпроцессом оптимизации матрицы жесткости.

Вторая - содержит информацию, определяющуюточность, с которой выполняется разложение матрицы, а такжевычисляются собственные формы и частоты при решениизадач динамики.

В третьей - сосредоточены параметры настройкипроцесса анализа устойчивости.

В четвертой - задается максимальное число итерацийпри решении нелинейных задач.

Пятую - составляют параметры управления ходомвычислений.

В шестой - находятся параметры управленияпротоколом выполнения расчета.

Значения параметров управления расчетом, исполь-зуемые по умолчанию, соответствуют значениям, заданнымпри настройке комплекса (пункт меню Параметры расчета вразделе Опции окна управления проектом). Изменения,вносимые в эти данные при запуске на расчет конкретнойзадачи, запоминаются только для этой задачи.

Рассмотрим назначение основных параметров

6 . У п р а в л е н и е р а с ч е т о м

158

управления расчетом.Точность разложения матрицы – определяет

минимальную величину по диагонали треугольного разложенияматрицы жесткости, появление которой следует рассматриватькак признак геометрической изменяемости системы.

Точность решения собственной проблемы –определяет точность решения задачи на собственные значения.

Допустимая погрешность при решении системыуравнений – определяет допустимую погрешность в режимеконтроля решения системы уравнений.

Масштабный множитель – используется дляограничения интервала поиска коэффициента запасаустойчивости. Если значение коэффициента больше заданногозначения параметра, система считается устойчивой.

Точность вычислений – параметр задает критерийокончания итерационного процесса поиска коэффициентазапаса устойчивости. При очень малых значениях этогопараметра время расчета может существенно увеличиться.

Последние два параметра имеют приоритет переданалогичными параметрами, заданными при подготовкеисходных данных для постпроцессора анализа устойчивости.

Точность определения формы потери устойчивости– допустимая погрешность при определении формы потериустойчивости.

Кроме того могут быть заданы метод оптимизацииматрицы жесткости, ширина ленты и порядок системы, прикоторых не выполняется оптимизация матрицы жесткости имаксимальное количество итераций при определении формпотери устойчивости.

Три параметра используются для управленияформированием протокола выполнения расчета:

Максимальное количество ошибок – количествоошибок в исходных данных, сообщения о которых попадают впротокол.

Максимальное количество предупреждений –количество предупреждений о возможных ошибках в исходныхданных, сообщения о которых попадает в протокол.

Учет нагрузок в связях – при активизации этойопции в протокол попадают значения суммарных нагрузок вузлах с учетом нагрузок, приходящих в узлы с наложеннымисвязями.

Опция Автоматический вызов расчетныхпостпроцессоров позволяет включить или отключитьвычисление расчетных сочетаний усилий, комбинацийзагружений, анализ устойчивости и другие задачи, для которыхподготовлены исходные данные, после выполнениястатического и динамического расчетов.

7 . Г р а ф и ч е с к и й а н а л и з р е з у л ь т а т о в р а с ч е т а

159

7. Графический анализ результатов расчета

Графический анализ результатов расчета выпол-няется в той же среде, что и подготовка исходных данных. Приэтом меняется только инструментальная панель и добавляютсяновые фильтры отображения.

Функции этого режима позволяют отобразить наэкране деформированное состояние конструкции, эпюрыусилий в стержневых элементах, поля напряжений дляпластинчатых и объемных элементов, результаты работыразличных постпроцессоров, а также создать группы узлов иэлементов.

Рис. 7.1. Инструментальная панель режима графического анализа результатов

Для выполнения этих функций в инструментальнойпанели предусмотрены различные разделы, переход в которыевыполняется с помощью закладок:

• Управление – доступ к данным, печать и т.п.;• Деформации – анализ деформированного состояния;• Эпюры усилий – анализ усилий в стержневых

элементах;• Поля напряжений – анализ напряжений и усилий в

пластинчатых и объемных элементах;• Постпроцессоры – анализ результатов работы постпро-

цессоров;• Группы – формирование групп узлов и элементов, в

том числе и для передачи данных в постпроцессоры.


160

7.1 Общие принципыуправленияотображениемрезультатов

Прежде чем рассмотреть функции отображениярезультатов расчета, остановимся на общих для всех нихправилах и элементах управления отображением.

При графическом анализе результатов рекомендуетсяпридерживаться последовательности выполнения операций:

Ä установить в списке загружений номеранализируемого загружения или комбинациизагружений;

Ä выбрать в списке факторов вид анализируемойинформации;

Ä нажать кнопку выбора формы представленияинформации.

Ниже приводится описание некоторых общих для всехрежимов анализа результатов элементов управленияотображением.

Цветовая шкала Всякий раз, когда возникает необходимость оценитьобщую картину распределения того или иного фактора наконструкцию или ее фрагмент, используется цветовоепредставление результатов расчета. Это относится, например, кцветовой маркировке значений перемещений в узлах или кизополям напряжений в пластинах. Для отображениярезультатов принята 14-цветная шкала, которая расположена вспециальном диалоговом окне (рис. 7.1.1).

Это окно является общим для всех функцийотображения результатов. Элементы управления цветовойшкалой позволяют пользователю самому управлятьотображением в зависимости от характера результатов итехнических возможностей компьютера. Каждому диапазонурезультатов, а значит и цвету соответствует кнопка. Если онавключена, то на схеме будут отображены результаты, входящиев соответствующий диапазон. Отключив кнопки, можноотказаться от цветового отображения части результатов,имеющих несущественные для работы конструкции значенияанализируемого фактора. Для того чтобы отобразить на экранесделанные таким образом установки, используется кнопкаПрименить, установленная в нижней части окна.

Кнопки Свернуть и Развернуть позволяютустановить правила отображения значений фактора в окнецветовой шкалы. Если активна первая из них, то для каждогоцвета в окне выводится только начальное значение фактора вдиапазоне, а если вторая – начальное и конечное значения.

Три верхние кнопки управляют цветовой гаммойшкалы. Левая кнопка – “горячая” шкала, средняя – “холодная”,правая – “серая”. Смена цветовой гаммы и вывод информациина экран после изменения состояния кнопок выполняется


161

Рис. 7.1.1. Цветовая шкала

нажатием кнопки Применить.Предлагаемые цветовые решения шкал не являются

обязательными. Пользователь может заменить любой цвет вшкале или даже всю шкалу и запомнить сделанные изменениядля всех последующих сеансов работы. Для этого надо под-вести курсор к цветовому квадрату с заменяемым цветом инажать левую кнопку мыши. При этом открывается стан-дартная цветовая шкала среды Windows. После выбора цветанажать кнопку ОК. Новый цвет попадет в цветовую шкалу. Длятого чтобы запомнить новую цветовую гамму, используетсякнопка Сохранить. После этой операции новая гамма цветовбудет всегда выводиться вместо ранее выбранной.

Для одновременного отключения или включения всехкнопок цветовой шкалы используется кнопка Вкл./Выкл. Этойкнопкой удобно пользоваться в тех случаях, когда из всего диа-пазона выбирается только несколько значений. Тогда первойоперацией будет отключение всей шкалы, затем включениекнопок с интересующими значениями и нажатие кнопкиПрименить.

Существенное влияние на возможности полученияровной гаммы цветов оказывают технические возможностикомпьютера, в частности, объем видеопамяти. Чем большеобъем памяти, тем более качественную цветовую гамму можноиспользовать для работы.

В тех случаях, когда определенным участкам шкалыжелательно назначить “свою” цветовую гамму или обеспечитьплавный переход от одного цвета к другому, используетсярежим автоматической настройки шкалы. Для работы в этомрежиме следует выполнить следующие действия:

Ä отключить все кнопки диапазонов;Ä включить кнопки начала и конца участка, в

котором меняется цветовая шкала;Ä активизировать окно настройки цветовой шкалы

среды Windows начала участка и выбрать цвет;Ä повторить предыдущую операцию для конца

участка;Ä нажать кнопку генерации цветовой шкалы;Ä если полученная на участке гамма цветов

удовлетворяет, то нажать кнопку Сохранить. Впротивном случае повторить операции назначенияцветов.

Цветовая шкала может занимать любое место наэкране, ее можно закрыть (кнопка Закрыть) или вынести запределы рабочего поля (если у вас большой экран и окнокомплекса занимает не все пространство экрана).

Автоматическаянастройка шкалы


162

Настройка цветовой шкалы

Рис. 7.1.2. Диалоговое окно Цветовая шкала

В разделах графического анализа результатовинструментальной панели предусмотрена возможность на-стройки цветовой шкалы на заданное количество градацийцвета. Настройка выполняется в диалоговом окне Цветоваяшкала (рис. 7.1.2), которое появляется после нажатия

кнопки . Значения, записанные в строках этого окна,соответствуют начальному значению фактора, отнесенному ккаждому цвету. Диапазон значений для каждого цвета опре-деляется интервалом между значениями соседних цветов. Дляпоследнего в списке цвета диапазон определяется между значе-нием в строке и максимальным значением величины фактора(указывается в верхней части окна Цветовая шкала ).

Изменение количества интервалов выполняетсяуказанием в списке Количество интервалов. Кромеколичества интервалов можно изменить и диапазон значенийфактора в каждом интервале, например, сделать шкалунеравномерной или целочисленной. Назначенные такимобразом значения будут действовать только при анализетекущего фактора и автоматически отменяются при сменефактора или формы отображения.

Установка номера загружения

Рис. 7.1.3. Список выбора номеразагружения

Номер загружения или комбинации нагрузоквыбирается из списка (рис. 7.1.3) Выбор номера загружения,установленного в разделах Деформации, Эпюры усилий иПоля напряжений. Перед номером загружения стоит буква L,а номером комбинации нагрузок – С. Если загружениединамическое, то его номер комбинируется из номеровзагружения и формы. Перед номером формы стоит буква М. Вразделе Деформации предусмотрена возможность анализаперемещений в узлах конструкции под действием сил,соответствующих формам собственных колебаний. В этомслучае номер загружения и форма идентифицируются буквойМ (например, L3 – М5).

Установленный в одном из разделов номер загружениядействует для всех остальных разделов. В тех случаях, когдапри создании загружений им были присвоены имена, ониследуют в списке за номером загружения.


163

Выбор анализируемогофактора

Рис. 7.1.4. Список выбора направленийперемещений

Анализируемый фактор выбирается из списка,установленного в разделах Деформации, Эпюры усилий,Поля напряжений и Постпроцессоры (рис. 7.1.4). Есливыбор осуществляется в рамках одной группы факторов,например, перемещений, отображение фактора выполняетсясразу. Смена номера загружения или вида анализируемойинформации требует определенного времени, котороесущественно зависит от размерности задачи.

Следует отметить, что условия работы конструкциимогут привести к нулевым значениям некоторых факторов.Например, для плоской ферменной системы отсутствуетперемещение по направлению оси Y.

Масштаб отображения При выводе деформированного состояния схемы иэпюр усилий есть возможность изменить масштаб отображениядеформированной схемы или эпюр. Масштаб выбирается всписках Коэффициент масштабирования перемещений иКоэффициент масштабирования эпюр (см. рис. 7.2.1 и 7.3.1)или вводится непосредственно в окно списка с клавиатуры.

Вывод изолиний и изополей Для пластинчатых и объемных элементов пере-мещения и силовые факторы могут выводиться в виде изоли-ний или изополей. Кроме того силовые факторы могут отобра-жаться цветовыми маркерами в центрах элементов. Выборвида отображения выполняется кнопками, установленными всоответствующих разделах инструментальной панели:

– вывод изолиний;

– вывод изополей;

– вывод изополей и изолиний;

– отображение напряжений цветовыми маркерами.Так как изолинии и изополя могут выводиться и для

пространственных схем, то перед их выводом выполняетсяоперация удаления невидимых линий, которая для большихсхем может занимать достаточно много времени. Значительнобыстрее эта операция выполняется для небольших фрагментовсхемы.

Если на фоне эпюр усилий, изолиний или изополейперемещений и напряжений необходимо вывести еще и


164

значения анализируемого фактора, то следует воспользоваться

кнопкой фильтров – Оцифровка изополей и изолиний.После нажатия на эту кнопку на схеме появляются значенияисследуемого фактора: для эпюр усилий – максимальноезначение усилия, для перемещений – значение в узлах схемы, адля напряжений – значения в узлах и в центрах конечныхэлементов (в зависимости от установок в меню Опции разделаНастройка графической среды). Для изменения шрифта,цвета и размеров цифр используется функция Установкаэкранных шрифтов в меню Опции.

Единицы измерения

Рис. 7.1.5. Диалоговое окноЕдиницы измерения

При анализе перемещений и силовых факторов естьвозможность изменить единицы измерения, например,отображать результаты перемещений не в метрах, а в дюймах

или миллиметрах. Для этого используется кнопка илисоответствующий раздел в меню Опции. После нажатия этойкнопки появляется диалоговое окно (рис. 7.1.5), где на страни-це Входные приводятся единицы измерения, назначенные присоздании проекта. Эти единицы не изменяются. На страницеВыходные назначаются единицы, в которых отображаютсярезультаты расчета. Они являются исходными для производ-ных единиц, приведенных на одноименной странице. Длякаждого вида единиц измерения предусмотрена возможностьизменения количества значащих цифр после запятой привыводе информации на экран, а также отображение величин вэкспоненциальной форме. Точность вывода для всехбезразмерных величин назначается в графе Прочие.


165

7.2 Анализ деформацийАнализ деформированного состояния схемы

выполняется с помощью элементов управления, установленныхв разделе Деформации инструментальной панели (рис. 7.2.1).

Рис. 7.2.1. Инструментальная панель режима анализа деформаций.

Рис. 7.2.2. Отображениедеформированной схемы на фоне

исходной

-0.02 -0.01 -0.02 -0.06

-0.02 -0.01 -0.02 -0.06

-0.02 -0.01 -0.06

-0.06 -0.04 -0.03 -0.01-0.04 -0.03 -0.01

-0.06 -0.04 -0.03 -0.02

-0.06 -0.04 -0.03 -0.02-0.04 -0.03 -0.02

-0.06 -0.04 -0.03 -0.02

-0.06 -0.05 -0.03 -0.02-0.05 -0.03 -0.02

Рис. 7.2.3. Пример отображениязначений перемещений в узлах

В этом режиме предусмотрено выполнение следующихфункций отображения результатов:

– вывод деформированной схемы на фоне исходной(рис. 7.2.2);

– вывод деформированной схемы;

– вывод значений перемещений по заданномунаправлению в узлах расчетной схемы (рис. 7.2.3);

– цветовое отображение значений перемещений позаданному направлению в узлах расчетной схемы;

– отображение исходного состояния схемы;

– отображение на проекциях деформированной схемына фоне исходной;

– вывод изополей перемещений для пластинчатыхэлементов;

– вывод изополей и изолиний перемещений дляпластинчатых элементов (рис. 7.2.4);

– вывод изолиний перемещений для пластинчатыхэлементов;

– установка параметров цветовой шкалы;

– отображение приведенных узловых масс;

– формирование видеоклипов перемещений для стати-ческих и динамических загружений;

– анимация перемещений для статических и

Направлениеперемещений

Выбор загруженияКоэффициентмасштабирования


166

Рис. 7.2.4. Отображение перемещений ввиде изополей и изолиний

Рис. 7.2.5. Отображение деформациипри включенном фильтре

прогибов

динамических загружений.

Кроме того в инструментальной панели установленытри списка: выбор направления перемещения, назначениеномера загружения и установка коэффициента масштабиро-вания деформированной схемы.

При выводе деформированной схемы, формированиивидеоклипов и анимации перемещений можно изменить масш-таб отображения перемещений. Масштаб выбирается из пред-лагаемого списка значений или задается пользователем в полесписка.

Для отображения числовых значений перемещений на

изополях и изолиниях используется кнопка фильтров .Анимацию и формирование видеоклипов можно

выполнять для полной расчетной схемы или для ее фрагмента.Исключение составляет режим Крупный план, для которого этифункции не выполняются. При обращении к функцияманимации и формирования видеоклипов следует учитыватьустановленные при настройке среды Windows разрешающуюспособность монитора и количество градаций цветов. Чемвыше качество изображения, тем дольше идет формированиеданных для выполнения указанных функций и тем медленнеебудет выполняться функция анимации. Для компьютеров снедостаточно большим объемом оперативной памяти возможнои прерывание работы программы. В таких случаяхрекомендуется уменьшить размер окна, в котором работаеткомплекс, или установить на период работы функций анимации256-цветную шкалу.

Видеоклипы записываются в файл с расширениемAVI. Эти файлы помещаются в каталог с файлами результатови могут просматриваться с помощью стандартных средстввизуализации видеоклипов Windows. После завершения функ-ции формирования видеоклипа появляется диалоговое окно, вкотором выбирается вариант продолжения работы – немедлен-ный просмотр сформированного клипа или отказ от просмотра.С помощью функции Настройка графической среды вразделе меню Опции можно изменить заданные по умолчаниюпараметры режима анимации, например, увеличить илиуменьшить количество циклов повторения.

Для стержневых элементов предусмотренавозможность отображения деформированной схемы с учетомперемещений в промежуточных точках стержня (рис. 7.2.5).

Для этого используется фильтр – Отображение прогибовв стержнях. Если этот фильтр активен, то функция анимациитакже выполняется с визуализацией прогибов. Для анализапрогибов в одном элементе можно воспользоваться функциейЭпюры прогибов в диалоговом окне Информация обэлементе (см. раздел 8.2).


167

7.3 Анализ усилий встержнях

Анализ усилий в стержнях выполняется с помощьюэлементов управления, установленных в разделе Эпюрыусилий инструментальной панели (рис. 7.3.1).

Рис. 7.3.1. Инструментальная панель в режиме анализа усилий в стержневых элементах

1.22

0.34

-0.35

1.74

0.59

4.85

-2.89

-3.27

3.09

3.26

-0.37

0.27

-5.76

-0.27

-5.90 -4.49 -11.17 -10.97 3.14 0.61

-3.55 -3.22 -12.08 -12.07 3.53 -0.27

-3.59 -4.61 -4.67 -3.81

-1.18 -11.00 -11.12

Рис. 7.3.2. Отображение на схеме эпюрусилий с одновременным выводом

максимального значения исследуемогофактора

В этом режиме предусмотрены такие функцииотображения результатов:

– вывод эпюр усилий;

– цветовая индикация максимальных положительныхзначений установленного фактора;

– цветовая индикация максимальных отрицательныхзначений установленного фактора;

– отображение исходного состояния схемы.

Кроме того в инструментальной панели установленытри списка: выбор силового фактора, назначение номеразагружения и установка коэффициента масштабирования эпюр.

При выводе эпюр можно изменить масштабизображения. Масштаб выбирается из предлагаемого списказначений или задается пользователем в поле списка.

Для отображения максимальных числовых значений

исследуемого фактора используется кнопка фильтров .При цветовой индикации значений нормальных сил в

шкале одновременно выводятся их положительные и отрица-тельные значения. В этом случае для активизации функцииотображения можно пользоваться любой кнопкой цветовойиндикации.

Для получения эпюр всех силовых факторов одногоэлемента следует воспользоваться функцией Эпюры усилий вдиалоговом окне Информация об элементе (см. раздел 8.2).

Вид фактора

Выбор закружения

Коэффициент масштабирования


168

7.4 Анализ усилий инапряжений впластинчатыхэлементах

Анализ силовых факторов в пластинчатых и объемныхэлементах выполняется с помощью функций раздела Полянапряжений инструментальной панели (рис. 7.4.1).

Рис. 7.4.1. Инструментальная панель в режиме анализа напряжений в пластинах.

Рис. 7.4.2. Отображение изополейнапряжений на расчетной схеме

Инструментальная панель режима включает следую-щие функции отображения результатов:

– вывод изополей напряжений;

– вывод изополей и изолиний напряжений;

– вывод изолиний напряжений;

– отображение напряжений цветовыми маркерами.

– установка параметров цветовой шкалы;


Кроме того в инструментальной панели установленыдва списка: выбор силового фактора и назначение номеразагружения.

Для отображения числовых значений силовогофактора на изополях и изолиниях используется кнопка

фильтров . Значения могут выводиться в центрахэлементов или в узлах. Для получения значений в узлахнеобходимо активизировать соответствующую операцию вдиалоговом окне Настройка графической среды (вызываетсяиз одноименного пункта в разделе меню Опции).

Вывод изолиний и изополей выполняется по тем жеправилам, что и при анализе перемещений в пластинчатыхэлементах.

При анализе числовых значений силовых факторов,приведенных в цветовой шкале при построении изополей иизолиний, следует учитывать, что их величины даны с учетомусредненных значений в узлах. При усреднении учитываются

Вид фактора Выбор загружения


169

значения фактора от всех, приходящих в данный узелэлементов. Такое усреднение необходимо для построенияизополей. При этом значения на границах области (например,на границе плиты) определяются менее точно и могутсущественно отличаться от вычисленных в центрах конечныхэлементов. Это объясняется тем, что узел на границе не“окружен” элементами и значение фактора в нем получаетсяпутем экстраполяции значений в центрах, примыкающих кнему элементов. При вычислении расчетных сочетаний усилийиспользуются только значения, полученные в центрах элемен-тов. Для того, чтобы оценить именно эти значения, следуетиспользовать режим отображения с помощью цветовыхмаркеров. Кроме того, в этом режиме не выполняется удалениелиний невидимого контура, что позволяет более точноопределить точки с экстремальными значениями силовыхфакторов в расчетной модели.


170

7.5 Анализ результатовработыпостпроцессоров

В разделе Постпроцессоры инструментальной панели(рис. 7.5.1) находятся функции анализа результатов работыпостпроцессоров подбора арматуры в элементах железо-

бетонных конструкций – , расчета нагрузок от фрагмента

схемы – , результатов расчета главных и эквивалентных

напряжений для пластинчатых элементов – и проверки

несущей способности стальных сечений – (описание этогорежима приводится в отдельной главе).

Рис. 7.5.1. Раздел Постпроцессоры инструментальной панели

Анализ результатов работыпостпроцессора подбораарматуры

Режим позволяет отобразить на расчетной схеме эпюрыармирования стержневых элементов для продольной ипоперечной арматуры, изолинии и изополя продольной ипоперечной арматуры для пластинчатых элементов, а такжепроцент армирования и ширину раскрытия трещин.

Отображение результатов выполняется отдельно длякаждой группы элементов, заданной при графическом анализерезультатов расчета, или при подготовке исходных данных впостпроцессоре подбора арматуры.

Рис. 7.5.2. Инструментальная панель в режиме анализа работы постпроцессора подбора арматуры

Инструментальная панель постпроцессора армиро-вания (рис. 7.5.2) включает следующие функции отображениярезультатов:

Шаг арматуры Выбор группы Выбор фактора

Вид результата Вариантармирования


171

5d9

5d5

5d14

5d14

5d3

5d5

5d6

5d4

5d16

5d9

5d9

5d9

5d8

5d6

5d4

5d4

5d9

5d14

5d12

5d9

5d8

5d8

5d6

5d5

5d7

5d9

5d12

5d12

5d7

5d8

5d12

5d6

5d8

5d12

5d6

5d12

5d16

5d16

5d14

5d10

5d12

5d7

5d7

5d10

5d8

5d6

5d9

5d7

5d7

5d8

5d7

5d7

5d8

5d6

5d6

5d6

5d6

5d6

5d7

5d7

5d7

5d7

5d6

5d6

5d5

5d5

5d6

5d5

5d5

5d6

5d5

5d5

5d6

5d3

5d3

Рис. 7.5.3. Фрагмент расчетной схемы сотображением изополей арматуры в

виде количества и диаметраарматурных стержней

4.64

4.64

4.64

4.64

4.64

4.64

2.75

2.75

2.75

2.75

2.78

2.75

2.75

2.75

2.75

2.75

2.75

3.09

4.64

4.64

4.64

4.64

4.64

4.64

1.07

1.89

1.07

1.07

1.81 2.08 1.81 2.08 2.08 2.08 1.81 2.08 2.08 1.81 2.08 1.811.031.031.04

2.08 2.08 1.81 3.37 2.08 2.08 2.08 2.08 2.74 1.81 2.08 1.811.461.673.42

4.37 8.94 8.00 5.68 8.16 8.50 2.08 2.08 3.86 1.81 2.09 2.081.461.671.67

Рис. 7.5.4. Фрагмент расчетной схемы сэпюрами армирования стержневых

элементов

– переход к отображению результатов подборапродольной арматуры пластинчатых элементов в видеколичества и диаметра арматурных стержней;

– монохромное и цветное отображение результатовподбора для групп стержневых элементов;

– отображение результатов подбора для групп пластин-чатых элементов в виде изолиний;

– отображение результатов подбора для групп пластин-чатых элементов в виде изополей;

– отображение результатов подбора для групп пластин-чатых элементов в виде изополей и изолиний;

– настройка цветовой шкалы;


Кроме того в инструментальной панели находятсячетыре списка:• назначение шага продольной и поперечной арматуры;• выбор вида анализируемого фактора;• установка правил вывода результатов (расчетные значения

или приведенные согласно СНиП минимальные значенияконструктивной арматуры);

• выбор варианта армирования элементов, для которыхполучены две группы РСУ.

В режиме анализа результатов подбора арматурырекомендуется следующий порядок выполнения операций:

Ä из списка групп элементов выбратьанализируемую группу;

Ä из списка факторов выбрать вид анализируемойинформации;

Ä установить правила вывода информации(расчетные значения или приведенные согласноСНиП);

Ä назначить шаг арматуры, который учитываетсяпри выводе площади поперечной арматуры изначений продольной арматуры пластинчатыхэлементов в виде диаметра и количества стержней;

Ä нажать на кнопку выбора формы представленияинформации.

Изменение количества градаций цветовой шкалы(Диалоговое окно Цветовая шкала на рис. 7.1.2) позволяетпомещать в каждый интервал цветовой шкалы результаты вболее широком диапазоне и приблизить количество вариантовармирования к реально используемому.


172

На элементах, в которых по результатам подбораполучены нулевые значения площади арматуры, изолинии иизополя не отображаются. Элементы, в которых площадьпоперечного сечения недостаточна, отображаются краснымцветом. Вывод значений анализируемого фактора на эпюрах

или изополях выполняется кнопкой фильтров –Оцифровка изополей и изолиний.

В постпроцессоре реализована возможность полученияинформации о продольной арматуре в плитах, оболочках ибалках-стенках в виде количества стержней при заданном шагеарматуры на 1м длины. Для активизации этого режима передвыводом результатов на экран следует нажать кнопкуПереключение формы выдачи результатов армирования

и установить шаг арматуры (в см) в списке Шагарматуры. В тех случаях, когда при заданном шаге сортаментстержней исчерпан, в цветовой шкале выдается значениеплощади арматуры.

Анализ результатов расчетанагрузок от фрагмента схемы

Режим позволяет отобразить на расчетной схемеузловые нагрузки, полученные в результате работыпостпроцессора расчета нагрузок от фрагмента схемы, а такжезаписать в виде отдельной схемы узлы с приложенными к нимнагрузками.

Рис. 7.5.5. Инструментальная панель режима анализа нагрузок от фрагмента схемы

Рис. 7.5.6. Расчетная схема сполученными в узлах основания

нагрузками от фрагмента

Инструментальная панель режима (рис. 7.5.5) вклю-чает следующие функции:

– отображение нагрузок от фрагмента схемы длявыбранного загружения;

– запись в виде отдельной схемы узлов с вычисленныминагрузками.

Кроме того панель содержит два списка – для выборавида нагрузки и для установки номера загружения иликомбинации загружений.

Так как работа в этом режиме не отличается отописанных выше режимов анализа результатов, то обратим


173

внимание только на функцию сохранения узлов свычисленными нагрузками в виде отдельной схемы. Этафункция позволяет сохранить под новым именем схему,которая включает только те узлы исходной схемы, в которыхполучены нагрузки от фрагмента. При этом в новой схемебудут автоматически сформированы все загружения и ихкомбинации, для которых вычислялись нагрузки.

Полученную схему можно в режиме сборкиприсоединить к другой, ранее созданной схеме, илисформировать схему на базе ее узлов.

Для вывода значений нагрузок используется кнопка

фильтров .

Отображение результатоврасчета главных иэквивалентных напряжений Для графического отображения результатов расчета главных и

эквивалентных напряжений используется режим Анализглавных и эквивалентных напряжений в разделеПостпроцессоры инструментальной панели. Управление ото-бражением выполняется с помощью кнопок инструментальнойпанели (рис. 7.5.7) аналогично выводу напряжений дляпластин.

Рис. 7.5.7. Инструментальная панель в режиме анализа главных и эквивалентных напряжений

Инструментальная панель режима (рис. 7.5.7) вклю-чает следующие функции:

– отображение результатов в виде изолиний;

– отображение результатов в виде изополей;

– отображение результатов в виде изополей и изолиний;

– отображение направления главных площадок;

– настройка цветовой шкалы;

– отображение исходного состояния схемы.Кроме того панель включает три списка – для выбора

вида напряжения, назначения слоя, в котором анализируютсявыбранные напряжения, и установки номера загружения иликомбинации загружений.

При определении вида выводимой информацииприняты следующие условные обозначения:


174

• S1, S2, S3– главные нормальные напряжения;• NE1– эквивалентное напряжение (приведенное к

эквивалентному растяжению) по первой теориипрочности;

• NS1 – эквивалентное напряжение (приведенное кэквивалентному сжатию) по первой теориипрочности

• NE2, NE3, NE4 – эквивалентное напряжение(приведенное к эквивалентному растяжению) по2 – 4 теориям прочности;

• NS2, NS3, NS4 – эквивалентное напряжение(приведенное к эквивалентному сжатию) по 2 – 4теориям прочности.

При этом используется следующая нумерация теорийпрочности:1 - теория наибольших нормальных напряжений;2 - теория наибольших линейных деформаций;3 - теория наибольших касательных напряжений;4 - энергетическая теория Губера-Хенки-Мизеса.


175

7.6 Формирование группэлементов

В разделе Группы инструментальной панели(рис. 7.6.1) выполняется назначение групп узлов и элементовдля их постпроцессорной обработки. Раздел включает дварежима подготовки групп:

универсальный – , который повторяет функции разделаГруппы окна формирования расчетной схемы, и специальный

режим подготовки групп – для постпроцессора подбораарматуры в элементах железобетонных конструкций.

Набор функций и порядок работы в универсальномрежиме формирования групп узлов и элементов описан вразделе 3.3.

Рис. 7.6.1. Инструментальная панель режима формирования групп

Подготовка групп элементовдля постпроцессора подбораарматуры Выделение операций формирования групп элементов

для постпроцессора подбора арматуры в виде самостоятельнойфункции связано с тем, что в отличие от универсальнойфункции здесь не допускается объединения стержневых ипластинчатых элементов в рамках одной группы.

Набор элементов управления этой функции (рис. 7.6.2)включает два списка: список имен групп и список видаэлементов в группе.

Рис. 7.6.2. Инструментальная панель функций формирования групп элементов для постпроцессораподбора арматуры

При формировании новой группы рекомендуется:

Ä выбрать в списке Вид элементов в группе видэлементов (стержни или пластины);

Ä выбрать на схеме элементы, входящие в группу;

Список групп Вид элементов группе


176

7.6.3. Диалоговое окноГруппы элементов

Ä нажать кнопку в инструментальной панели;

Ä в диалоговом окне Группы элементов (рис. 7.6.3)ввести имя новой группы и нажать на кнопкуДобавить группу;

Ä нажать кнопку ОК в диалоговом окне;

Ä нажать кнопку в инструментальной панели иотменить выбор элементов.

Сформированные группы элементов будут доступныфункциям подготовки данных, расчета и анализа результатовпостпроцессора подбора арматуры.

При изменении состава элементов или узлов группыследует:

Ä установить в списке имен групп инструментальнойпанели имя модифицируемой группы (на схемебудут выбраны элементы, входящие в группу);

Ä отменить выбор исключаемых из группыэлементов или выбрать добавляемые элементы;

Ä нажать кнопку в инструментальной панели;Ä в диалоговом окне Группы элементов выбрать из

списка номер или имя модифицируемой группы;Ä нажать кнопку Заменить группу;Ä нажать кнопку ОК в диалоговом окне;


При удалении группы рекомендуется:Ä установить в списке инструментальной панели имя

удаляемой группы (на схеме будут выбраныэлементы, входящие в группу);

Ä нажать кнопку в инструментальной панели;Ä выбрать в диалоговом окне из списка номер или

имя удаляемой группы;Ä нажать кнопку Удалить группу;Ä нажать кнопку ОК в диалоговом окне;


Поскольку при создании групп необходимо выбиратьэлементы по их виду, то удобно воспользоваться соответствую-щими фильтрами визуализации элементов определенного вида:

– для стержневых элементов, – для пластинчатых и

– для объемных. При их включении на экране будутпоказаны только элементы установленного вида.


177

8 . У п р а в л е н и е о т о б р а ж е н и е м р а с ч е т н о й с х е м ы

179

8. Управление отображением расчетной схемы

При создании расчетной схемы и анализе результатовмогут быть использованы различные функции управленияотображением. Сюда входят набор функций фрагментации ипозиционирования изображения схемы, включенные винструментальную панель Визуализация, а также различныефильтры управления отображением, позволяющие выделять имаркировать узлы и элементы схемы по заданным признакам.Кнопки управления фильтрами установлены в инструмен-тальной панели Фильтры отображения.

8.1 Функцииинструментальной панелиВизуализация

Управление функциями визуализации расчетной схемысосредоточено в перемещаемой инструментальной панелиВизуализация (рис. 8.1.1). С помощью этих функций выпол-няются операции поворота изображения схемы вокруг задан-ных осей, проецирование изображения на плоскости прямо-угольной системы координат, а также различные операции повыделению фрагмента схемы.

Функции режима визуализации имеют приоритет переддругими функциями. Это значит, что если при активнойфункции задания исходных данных (например, назначениясвязей) активизируется одна из функций визуализации, тоуправление будет передано последней. Ранее установленныйрежим остается активным и после выполнения функций визуа-лизации с ним можно продолжить работу.

Положение и размеры панели визуализации запоми-наются и автоматически восстанавливаются после загрузкикомплекса.

Кнопка установки и скрытия панели визуализации расположена в разделе Управление инструментальной панели.

Рис. 8.1.1. Инструментальная панель Визуализации


180

Поворот схемы

Поворот изображения схемы вокруг заданной осивыполняется нажатием соответствующих кнопок инструмен-тальной панели. При каждом нажатии выполняется поворот наодин шаг, величину которого можно установить, восполь-

зовавшись кнопкой . Чтобы вернуть изображение схемы в

исходное положение, надо нажать кнопку . Режим

непрерывного вращения схемы активизируется кнопкой .Если она активна, то любое нажатие кнопок поворота будетвызывать непрерывное вращение схемы в заданномнаправлении. Для остановки вращения схемы следует нажатьлевую кнопку мыши или отжать кнопку непрерывноговращения.

Назначение шага поворота

Рис. 8.1.2. Диалоговое окноНазначения шага поворота

Для назначения шага используется диалоговое окноНазначение шага поворота (рис. 8.1.2). Значение угла (вградусах) может быть выбрано или назначено пользователем вокне списка. Введенный шаг действует и при активной функциинепрерывного вращения.


181

Проецирование схемы накоординатную плоскость

Эта операция позволяет спроецировать изображениесхемы на одну из плоскостей общей системы координат. Выборплоскости проецирования выполняется с помощью соответ-ствующих кнопок инструментальной панели. По умолчаниюпредусмотрены направления проецирования, изображенные напиктограммах кнопок. Для того чтобы посмотреть на схему “сдругой стороны”, следует воспользоваться операцией поворотавокруг соответствующей оси, предварительно установив уголповорота 180°.

Чтобы вернуть изображение схемы в исходное

положение, надо нажать кнопку .

Выделение плоскогофрагмента

Для выделения фрагмента схемы, лежащего вплоскости, параллельной одной из плоскостей общей системыкоординат, необходимо нажатием соответствующей кнопкиинструментальной панели назначить плоскость, а затемвыбрать на схеме узел, принадлежащий этой плоскости. В техслучаях, когда фрагмент лежит в произвольной плоскости, насхеме следует выбрать три узла, лежащих в плоскостифрагмента. Все элементы и узлы, попавшие в заданнуюплоскость, будут выделены зеленым цветом.

Если выбор корректный, то для выполнения операции

следует нажать зеленую кнопку . В случае ошибки –

нажать красную кнопку и повторить все описанные вышедействия.

При настройке режимов работы курсора в диалоговомокне Выбор узлов и элементов (см. раздел 3) естьвозможность отказаться от нажатия кнопки подтверждения, т.е.автоматически выполнять установленные операции сразу послевыбора объекта операции. Такой режим можно установить,активизировав опцию Немедленное выполнение. В этомслучае подтверждения фрагментации не требуется и фрагментбудет выделен сразу после выбора узла (узлов).

Чтобы вернуться к изображению полной схемы,

следует нажать кнопку – восстановление исходного вида.


182

Выделение фрагмента спомощью рамки

Рис. 8.1.3. Фрагментацияпрямоугольным окном

Рис. 8.1.4. Фрагментация окномпроизвольной формы

Для работы с произвольным фрагментом расчетнойсхемы, следует воспользоваться функцией фрагментации спомощью рамки. Рамка может быть прямоугольной илипроизвольной формы (рис. 8.1.3 и 8.1.4). После нажатиякнопки фрагментации рамкой автоматически устанавливаетсякурсор прямоугольной рамки. Изменение вида рамкивыполняется в диалоговом окне Выбор узлов и элементов.Для фрагментации прямоугольной рамкой ее следуетустановить таким образом, чтобы все узлы и элементы, которыедолжны попасть во фрагмент, находились внутри рамки. Рамкапроизвольной формы задается последовательной фиксациейлевой кнопкой мыши точек перелома области отсеченияфрагмента. Замыкание области, т.е. соединение первой ипоследней точки выполняется автоматически после двойногощелчка левой кнопкой мыши. Очевидно, что область отсечениядолжна включать не менее трех точек перелома. Послеустановки рамки все попавшие внутрь области отсеченияэлементы и узлы будут выделены зеленым цветом. Еслифрагмент выбран правильно, то подтверждение выполняется

нажатием зеленой кнопки . В случае ошибки следует

нажать красную кнопку – отказ от фрагментации.

Если при настройке режимов работы с курсорами вдиалоговом окне Выбор узлов и элементов установлена опцияНемедленное выполнение, то подтверждения фрагментациине требуется и фрагмент будет выделен сразу после замыканиярамки.

В фрагмент попадут только те элементы, все узлыкоторых находятся внутри области рамки, а также отдельныеузлы, попавшие в эту область. Если ни один элемент не попалво фрагмент, то на экране будут только узлы, увидеть которые

можно после нажатия кнопки – отображение узлов напанели фильтров.


следует нажать на кнопку – восстановление исходноговида.


183

Отсечение на проекциях

Рис. 8.1.5. Окна с проекциямирасчетной схемы

Рис. 8.1.6. Меню управленияотсечением

Эта функция позволяет выделить фрагмент расчетнойсхемы путем последовательного отсечения рамкой области напроекциях схемы на координатные плоскости. Послеинициализации этой функции на экран выводится четыре окна,в трех из которых проекции схемы на плоскости XoZ, XoY иYoZ, а в четвертом – общий вид схемы и меню управленияотсечением (рис. 8.1.5).

Правила работы с этой функцией:• окна проекций независимы и любое из них может быть

увеличено или уменьшено;• отсечение можно выполнять в любом порядке, многократно

и в любом из окон;• установка курсора-рамки (прямоугольной или произвольной

формы) и работа с курсорами аналогичны функциивыделения фрагмента с помощью рамки;

• часть расчетной схемы, попавшая во фрагмент, выделяетсязеленым цветом;

• режим отсечения может быть инверсным, в этом случае вофрагмент попадет все, что не вошло в выделенную область;

• прямое отсечение и инверсное могут многократночередоваться;

• установка режимов отсечения и выход из функциивыполняется с помощью меню, установленного в окне собщим видом схемы.

Меню управления отсечением (рис. 8.1.6) позволяетустановить режимы инвертирования выбора и отображенияузлов, отказаться от сделанного отсечения или вывести наглавный экран полученный фрагмент.

Выход из режима отсечения на проекцияхосуществляется в меню обращением к пункту Выход ссохранением выделения.


следует нажать кнопку – восстановление исходного вида.


184

Крупный план

Рис. 8.1.7. Крупный план

Функция Крупный план позволяет увеличить

изображение расчетной схемы до любого размера. В отличие отфункций фрагментации, где на экран выводится тольковыделенная часть схемы, эта функция дает доступ ко всей схемеили фрагменту. Масштаб изображения схемы изменяется такимобразом, что ее выделенная часть занимает все поле экрана, адоступ к остальной, невидимой части, осуществляется черезполосы прокрутки, расположенные в правой и нижней частяхэкрана (рис. 8.1.7). То есть появляется возможностьперемещать изображение на экране, делая видимым идоступным для работы нужную часть схемы. Послеинициализации функции нажатием соответствующей кнопкиустановка крупного плана выполняется аналогично выделениюпрямоугольного фрагмента схемы. Если пропорциипрямоугольника близки к пропорциям окна (соотношениевысоты и ширины), то полученное изображение части схемыбудет соответствовать фрагменту, попавшему в рамку. Впротивном случае на экран выведется фрагмент несколькобольший ожидаемого.

На крупном плане, как и на любом другом фрагменте,отображается вся информация о схеме. Если включенынесколько фильтров одновременно, или, например,отображаются все нагрузки, приложенные к узлам и элементамсхемы, то перемещение большой схемы по экрану можетосуществляться достаточно медленно. Для больших схемрекомендуется перед установкой крупного плана илиперемещением изображения с помощью полос прокруткиотключить все или часть фильтров. Для отказа от крупного

плана используется кнопка .

Полноэкранный режим работыФункция Полноэкранный режим работы позволяет

при работе с большими расчетными схемами увеличитьплощадь рабочего поля за счет временного отказа отвизуализации Панели задач Windows, меню и заголовка окна.При этом изображение занимает весь физический экран.Повторное нажатие соответствующей кнопки возвращает окно висходное состояние. Очевидно, что работает эта функциятолько при максимальных размерах окна. Если окно немаксимального размера, то активизация функции приводит кмаксимизации окна.


185

Изменение масштабаизображения С помощью этой функции можно изменить масштаб

изображения расчетной схемы таким образом, что схема будетзанимать всю область рабочего поля. При этом не соблюдаютсяисходные пропорции схемы.

Фрагментация накоординационных(разбивочных) осях

Рис. 8.1.8. Диалоговое окноФрагментация на разбивочных осях

Если в процессе формирования расчетной схемызаданы координационные (разбивочные) оси, то выделениефрагмента можно выполнить, назначив область отсечения,границами которой будут указанные марки осей и/или отметкиуровня. Выбор области отсечения выполняется в диалоговомокне Фрагментация на разбивочных осях (рис. 8.1.8). Длятого чтобы выделить нужный участок схемы, следует в левыхсписках установить марку оси и/или отметку начала, а в правых– марку или отметку конца. Если фрагмент плоский, то вправом и левом списках должна быть выбрана одинаковаямарка оси или отметки уровня.


186

Настройка инструментальнойпанели Визуализация

Рис. 8.1.9. Диалоговое окноCustomize Toolbar (Настройка)

Если при работе с расчетной схемой не используетсячасть функций панели Визуализация, то их кнопки можноудалить или перенести в другое место на панели. Для этогоиспользуется стандартное диалоговое окно Customize Toolbar(Настройка), которое вызывается двойным щелчком мыши понезанятой кнопкой области панели или активизацией пунктаНастройка панели визуализации в разделе меню Опции(рис. 8.1.9). Окно включает два списка пиктограмм сизображениями кнопок вызова функций инструментальнойпанели. В правом списке находятся активные (находящиеся напанели) кнопки. В левом – пассивные, не установленные напанели кнопки. Между списками находятся две кнопкиуправления: Add –> (Добавить) и <-Remove (Исключить).

Для включения кнопки в состав активных следуетвыбрать строку с ее изображением в левом списке и нажатькнопку Add –>. Для исключения кнопки – отметить соответ-ствующую строку в правом списке и нажать кнопку <-Remove.

Изменение положения кнопки на инструментальнойпанели выполняется с помощью операций Move Up (Пере-местить вверх) и Move Down (Переместить вниз). Для переносаследует выбрать в правом списке нужную строку и нажатием накнопку передвинуть ее в списке.

Для переноса кнопки из левого списка в правый можновоспользоваться технологией “потянуть и бросить” (Drag anddrop). В этом случае надо установить курсор на кнопку в левомсписке, нажать левую кнопку мыши и, не отпуская ее, потянутьпиктограмму в правый список. Положение кнопки в правомсписке указывается стрелкой, которая появляется междупиктограммами списка.

Результаты настройки можно просмотреть не выходяиз окна настройки, нажав кнопку Reset (Переустановить).Выход из окна выполняется нажатием кнопки Close (Закрыть).


187

8.2 Отображениеинформации нарасчетной схеме

Управление отображением информации на расчетнойсхеме выполняется с помощью фильтров. Они позволяютустановить не только вид отображаемой информации, но иправила отображения. Управление фильтрами сосредоточено вперемещаемой инструментальной панели Фильтрыотображения (рис. 8.2.1).

При выводе схемы на печать (или, как говорят,получении твердой копии) все сделанные с помощью фильтровустановки учитываются и полученное на бумаге изображениесхемы будет включать ту же информацию, что и на экране.Фильтры могут включаться как по одному, так и несколькоодновременно.

Кроме функций управления отображением на панелифильтров установлены кнопоки, функции которых частоиспользуются при работе со схемой. К ним относятся,например, получение информации о конкретном узле илиэлементе, отмена выбора всех объектов на схеме, определениерасстояния между заданными узлами и др.

Рис. 8.2.1. Панель Фильтры отображения

Фильтры отображенияэлементов

Эти кнопки фильтров предназначены для включенияили отключения отображения элементов определенного вида –стержней, пластин, объемных или специальных. В исходномсостоянии все четыре кнопки активны, т.е. на схеме будутпоказаны все виды элементов. При отключении одной илинескольких из этих кнопок соответствующие виды элементовна схеме показаны не будут.

Более детальная настройка фильтров выполняется вмногостраничном диалоговом окне Настройка фильтровотображения информации (рис. 8.2.2). Для вызова этого окнаследует установить курсор в любую точку панели Фильтрыотображения и нажать правую кнопку мыши.

Почти каждому фильтру в этом окне выделенаодноименная страница, с помощью управляющих элементовкоторой можно настроить фильтр на отображение только


188

Рис. 8.2.2. Диалоговое окноНастройка фильтров отображенияинформации (страница Стержни)

заданного вида информации.Для фильтров Стержни и Пластины можно

установить правила отображения, в соответствии с которымибудут показаны элементы, занимающие в схеме определенноеположение (например, только стержни, расположенныегоризонтально, или пластины, лежащие в плоскости XoZ).

Активизировать фильтр можно, нажав кнопку инстру-ментальной панели или кнопку активизации на страниценастройки. Во втором случае есть возможность активизироватьодновременно несколько фильтров, обращаясь к соответствую-щим страницам диалогового окна настройки фильтров.

Вывод номеров элементов

Рис. 8.2.3. СтраницаНомера элементов

Управление выводом номеров элементов находится настранице Номера элементов окна Настройка фильтровотображения информации (рис. 8.2.3). С помощью элементовуправления этой страницы можно назначить отображение насхеме номеров элементов как в зависимости от определенноговида элементов, так и от положения элементов в схеме.

Для настройки фильтра предусмотрены три группыкнопок. Кнопки первой группы предназначены для работы состержневыми элементами, позволяют назначить выводинформации на изображение стержней в зависимости от ихположения в схеме. Кнопки второй группы служат дляназначения правил вывода на пластинчатые элементы взависимости от принадлежности последних координатнымплоскостям. Третья группа - две кнопки для включения илиотключения отображения информации об объемных испециальных элементах.

Назначение вида, цвета и размера шрифтавыполняется в диалоговом окне Установка шрифта, котороевызывается из пункта Установка экранных шрифтов вразделе меню Опции.

Вывод номеров узлов

С помощью этого фильтра на расчетную схемувыводятся номера узлов. Фильтр не имеет специальныхнастроек.Назначение вида, цвета и размера шрифта выполняется так же,как и для вывода номеров элементов.


189

Вывод типов элементов

Рис. 8.2.4. Страница Типы элементов

Рис. 8.2.5. Цветовая шкала индикациитипов элементов

Управление фильтром вывода типов элементовнаходится на странице Типы элементов окна Настройкафильтров отображения информации (рис. 8.2.4). С помощьюфункций управления этой страницы можно установить правилаотображения информации в зависимости от вида элементов иих положения в схеме. Кроме того есть возможностьиспользовать цвет для индикации на схеме различныхэлементов по их типу или виду.

Для настройки фильтра предусмотрены четыре группыкнопок. Первые три группы кнопок позволяют настроитьфильтры аналогично фильтру номеров элементов. Кнопкичетвертой группы определяют правила цветовой индикации.

В режиме цветовой индикации (активна опцияЦветовое отображение КЭ) есть возможность присвоитькаждому типу конечного элемента свой цвет (опция По типамэлементов) или разделить элементы по цветам в зависимостиот их вида (опция По виду элементов). В первом случаевыводится окно Типы КЭ с цветовой шкалой (рис. 8.2.5).

Элементы управления окна позволяют выполнитьследующие операции:• включить или выключить все кнопки активизации

цветовой шкалы (кнопка Выкл./Вкл.);• применить на схеме установленную комбинацию кнопок

цветовой шкалы (кнопка Применить);• фрагментировать схему таким образом, что на ней

останутся только элементы, тип которых совпадает сактивными кнопками цветовой шкалы (кнопкаФрагментировать);

• отключить режим цветовой индикации (кнопка Закрыть).

Смена цветов в шкале выполняется указанием курсорана цветовое поле с последующим выбором нового цвета встандартном окне среды Windows.

При выполнении цветовой индикации по видамэлементов элементы каждого вида (стержни, пластины,объемные элементы) окрашиваются в свой цвет. Цветоваяшкала в этом режиме не выводится.

При отображении номеров типов элементов в числовойформе назначение вида, цвета и размера шрифта выполняетсяв диалоговом окне Установка шрифта, которое вызывается изпункта Установка экранных шрифтов в разделе менюОпции.

Для других фильтров управление цветовой шкалойвыполняется аналогично.


190

Вывод номеров типовжесткости

Рис. 8.2.6. Страница Типы жесткости

Рис. 8.2.7. Цветовая шкала индикацииномеров типов жесткости

Настройка фильтра отображения типов жесткостивыполняется на странице Типы жесткости (рис. 8.2.6)аналогично настройке фильтра типов элементов. Но в этомрежиме реализованы дополнительные возможности при работес цветовой шкалой (рис. 8.2.7).

Кроме традиционных кнопок управления в диалоговоеокно введены кнопки, пиктограммы которых характеризуютвид или сечение элементов, имеющих данный тип жесткости.

Например, стержневые элементы, жесткость которыхзадана через характеристики параметрических сечений, будут

иметь пиктограммы в соответствии с типом сечения – ,

и т.п. Сечения из базы металлопроката отображаются

“своими” пиктограммами: , ,… Если жесткостиописаны численно, а также для специальных конечных элемен-

тов кнопка будет иметь вид . Для всех типов пластинча-

тых элементов используется общий символ – , а объемных

– . При использовании численно-параметрическогоописания жесткостей на пиктограммах одновременноприсутствуют изображения сечения и значок численного

описания – . Нажатием этих кнопок вызываются диалого-вые окна описания жесткостных характеристик, в которыхможно выполнить корректировку параметров соответствую-щего типа жесткости.

Обратите внимание, что в этом режиме нельзя ввестиновый тип жесткости, для этого предусмотрены специальныефункции в разделе Назначение инструментальной панели. Вдиалоговых окнах с описанием жесткостных характеристикотсутствует кнопка ОК и фиксация новых параметроввыполняется кнопкой Заменить.

Для того чтобы выделить элементы, жесткостныехарактеристики которых не заданы, используется цветовая

кнопка, помеченная символом

Корректировка жесткостей


191

специальных элементов

Рис. 8.2.8. Диалоговое окноСвязи конечной жесткости

Рис. 8.2.9. Диалоговое окно Упругие связи

Рис. 8.2.10. Диалоговое окноХарактеристики нуль-элемента

Жесткости специальных конечных элементов (связиконечной жесткости, упругие связи, нуль-элементы) могут бытьоткорректированы путем вызова из цветовой шкалыдиалоговых окон с характеристиками жесткости специальныхэлементов (рис. 8.2.8 – 8.2.10). После ввода новых данных вокне следует нажать кнопку Заменить.

При отображении номеров типов жесткости в числовойформе назначение вида, цвета и размера шрифта выполняетсяв диалоговом окне Установка шрифта, которое вызывается изпункта Установка экранных шрифтов в разделе менюОпции.


192

Визуализация атрибутовэлементов

Рис. 8.2.11. Положение атрибутов встержневых и пластинчатых элементах

Если активизировать фильтры с атрибутамиэлементов, то заказанная информация будет выведена всоответствие со схемой, изображенной на рис. 8.2.11.“Читабельность” информации будет во многом зависеть отразмеров элементов на экране. При малых размерах возможныслучаи, когда часть атрибутов не попадет в поле “своей”пластины или стержня. В этих случаях рекомендуетсявыделить фрагмент с нужным участком схемы или установитьрежим Крупный план.

Текущая настройка фильтров сохраняется дозавершения сеанса работы или ее отмены. В исходномсостоянии (по умолчанию) информация выводится в числовомвиде на все узлы и элементы схемы.

Отображение узловых нагрузок

Рис. 8.2.12. СтраницаУзловые нагрузки

Для управления отображением узловых нагрузокиспользуется страница Узловые нагрузки (рис. 8.2.12). Эле-менты управления этой страницы позволяют выбрать дляотображения нагрузки по их виду (силы, моменты) и направ-лению действия. Кроме того на странице расположен список созначениями нагрузок. Если в списке отметить строки со значе-ниями нагрузок, то только эти нагрузки будут показаны насхеме (если они заданы в текущем, т.е. активном загружении).

В список выводятся значения всех нагрузокрассматриваемого загружения независимо от их вида. Этосвязано с тем, что разные нагрузки могут ссылаться на одну иту же строку списка, если их величины совпадают.

Узловые нагрузки отображаются:• силы – в виде стрелки вдоль соответствующей оси;• моменты – в виде двойной стрелки вдоль оси, вокруг

которой действует момент.В обоих случаях направление стрелок определяется

знаком силы или момента.Напомним, что сила положительна, если она

направлена против возрастания соответствующейкоординаты (действует против оси), а момент - еслиего вектор, определенный по правилу правого винта,действует против оси. Последнее означает, что еслисмотреть с конца оси на круговую стрелку,соответствующую положительному моменту, то онабудет вращаться по часовой стрелке.

Силы отображаются красными, а моменты – зеленымистрелками.


193

Отображение местныхсосредоточенных нагрузок

Рис. 8.2.13. СтраницаСосредоточенные нагрузки

Для управления отображением нагрузок используетсястраница Сосредоточенные нагрузки (рис. 8.2.13). Элементыуправления этой страницы позволяют выбрать дляотображения нагрузки по их виду (силы, моменты),направлению действия и системе координат, в которых ониприложены (местная, общая). Кроме того на страницерасположен список со значениями нагрузок, аналогичныйстранице Узловые нагрузки.

Сосредоточенные нагрузки отображаются:• силы – в виде стрелки вдоль соответствующей оси

выбранной системы координат, в которой приложена сила;• моменты – в виде двойной стрелки вдоль оси, вокруг

которой действует момент, в выбранной системекоординат.

Правило знаков совпадает с описанным для узловыхнагрузок, но с учетом системы координат (местная или общая),в которой приложены нагрузки.

Отображение местныхраспределенных нагрузок

Рис. 8.2.14. СтраницаРаспределенные нагрузки

Для управления отображением нагрузок используетсястраница Распределенные нагрузки (рис. 8.2.14). Элементыуправления этой страницы позволяют выбрать дляотображения нагрузки по их виду (равномерно распределенныеи трапециевидные, моменты), направлению действия и системекоординат, в которых они приложены (местная, общая). Крометого на странице расположен список со значениями нагрузоканалогичный странице Узловые нагрузки.

Равномерно распределенные нагрузки отображаютсятаким образом:

на стержневых элементах• силы – в виде связанной пары стрелок, приложенных к

узлам элемента вдоль соответствующей оси выбраннойсистемы координат;

• моменты – в виде связанной пары двойных стрелок,приложенных к узлам элемента вдоль соответствующейоси, вокруг которой действует момент, в выбраннойсистеме координат.

на пластинчатых элементах• силы – в виде связанной тройки или четверки (в

зависимости от количества узлов в элементе) стрелок,


194

приложенных к узлам элемента вдоль соответствующейоси выбранной системы координат;

• моменты – в виде связанной тройки или четверки двойныхстрелок, приложенных к узлам элемента вдоль соответ-ствующей оси, вокруг которой действует момент, ввыбранной системе координат.

Трапециевидные нагрузки отображаются такимобразом:

на стержневых элементах• силы – в виде связанной пары стрелок, приложенных к

элементу вдоль соответствующей оси выбранной системыкоординат;

• моменты – в виде связанной пары двойных стрелок,приложенных к элементу вдоль соответствующей оси,вокруг которой действует момент, в выбранной системекоординат.

на пластинчатых элементах• силы – в виде связанной тройки или четверки (в

зависимости от количества узлов в элементе) стрелок,приложенных к узлам элемента вдоль соответствующейоси выбранной системы координат;

• моменты – в виде связанной тройки или четверки двойныхстрелок, приложенных к узлам элемента вдоль соответ-ствующей оси, вокруг которой действует момент, ввыбранной системе координат.

В отличие от сил, моменты отображаются двойными зеленымистрелками. Правило знаков совпадает с описанным дляузловых нагрузок, но с учетом системы координат (местная илиобщая), в которой приложены нагрузки.

Отображение температурныхнагрузок

Температурные нагрузки отображаются волнистымистрелками, приложенными к центрам элементов, для которыхзадан этот вид нагрузки.

Настройка отображения этого вида нагрузок непредусмотрена.


195

Отображение масс

Рис. 8.2.15. Страница Массы

Для управления отображением масс используетсястраница Массы (рис. 8.2.15). Элементы управления этойстраницы позволяют выбрать для отображения массы понаправлению действия. Кроме того на странице расположенсписок со значениями масс. Если в списке отметить строки снужными значениями, то только эти массы будут показаны насхеме (если они заданы в текущем, т.е. активном загружении).

Массы отображаются на схеме в виде линий безстрелок (не имеют знака) вдоль соответствующей оси.

Вывод значений нагрузокЗначения нагрузок выводятся по следующим

правилам:• для узловых и сосредоточенных нагрузок – рядом со

стрелкой, отображающей нагрузку;• для равномерно распределенных нагрузок на стержнях – в

центре области, ограниченной парой стрелок;• для равномерно распределенных нагрузок на пластинах – в

центре элемента;• для трапециевидных нагрузок – значения нагрузки рядом

со стрелками;• для масс – аналогично узловым нагрузкам (перед

значением массы стоит буква D).Вид, цвет и размер шрифта для указания величины нагрузкимогут быть изменены с помощью функций настройкикомплекса (пункт Установка экранных шрифтов в разделеменю Опции).

При выводе нагрузок их изображение масштабируетсяв соотетствии с величиной значения нагрузки. Масштаби-рование выполняется отдельно для сил и моментов.


196

Отображение связей

Рис. 8.2.16. Страница Связи

Рис. 8.2.17. Диалоговое окноЦветовая шкала для отображения

связей

Связи в узлах расчетной схемы отображаютсяпрямоугольниками. На странице настройки фильтров Связи(рис. 8.2.16) можно назначить размер прямоугольников в доляхот максимально допустимого. Управление фильтром позволяеттакже показать на схеме связи только по указанным направле-ниям, а также вывести прямоугольники с цветовыми полями,цвет которых указывает на направление наложенных связей.Верхние три цветовых поля в прямоугольниках соответствуютсвязям по линейным направлениям, а нижние – по угловым.

Настройка цветовой шкалы выполняется в диалоговомокне Цветовая шкала для отображения связей (рис. 8.2.17),которое вызывается нажатием кнопки Настройка цветовотображения связей. Для изменения цвета следует указатькурсором на цветовое поле и выбрать новый цвет встандартном окне среды Windows.


197

Отображениекоординационных осей

Рис. 8.2.23. СтраницаКоординационные оси

Если для расчетной схемы заданы координационные(разбивочные) оси и отметки уровней, то они могутотображаться целиком или фрагментироваться. Управлениеотображением координационных осей выполняется наодноименной странице настройки фильтров (рис. 8.2.23). Здесьможно установить режим отображения всех заданных осей иотметок уровней или только в заданном интервале по каждомунаправлению, включить режим отображение сетки, изменитьцвет осей и шрифт надписей.

Для фрагментации осей по каждому направлениюиспользуются два списка. В верхнем списке устанавливаетсямарка (отметка) первой оси области фрагментации, а в нижнем– последней. Если область фрагментации плоская, то для оси,определяющей плоскость фрагментации, информация о маркахосей (отметок) в списках совпадает.


198

Отображение группобъединения перемещений

Рис. 8.2.18. Цветовая шкала режимаотображения объединения

перемещений

Активизация этого фильтра вызывает цветовую шкалу(рис. 8.2.18) , в которой каждой группе узлов с объединеннымиперемещениями соответствует свой цвет и строка с указаниемнаправлений, по которым выполнено объединение. Работа сцветовой шкалой выполняется по описанным выше правилам.На расчетной схеме узлы, входящие в группы, маркируютсяпрямоугольниками соответствующего цвета.

Отображение направленийвыдачи усилий впластинчатых элементах

Этот фильтр используется для отображениянаправлений выдачи усилий в пластинчатых элементах. Послеактивизации фильтра в центре каждого элемента выводитсястрелка, направление которой совпадает с заданным для негонаправлением выдачи усилий.


199

Вывод значений на изолиниях,изополях и эпюрах Этот фильтр доступен в режиме графического анализа

результатов и работает только “поверх” цветового отображенияисследуемого фактора (изолинии, изополя и т.п.) или эпюр. Онпозволяет вывести полученные в результате расчета значения вцентрах элементов и/или узлах. Если необходимо отобразитьна схеме только численные значения фактора, то следует послевывода, например, изолиний отключить все активные позициина соответствующей цветовой шкале (воспользоваться кнопкойВыкл.).

Назначение вида, цвета и размера шрифтавыполняется в диалоговом окне Установка шрифта, котороевызывается из пункта Установка экранных шрифтов вразделе меню Опции.

Отображение жестких вставокЖесткие вставки отображаются на расчетной схеме в

масштабе и по заданным для них направлениям. Обратимвнимание на то, что при отключенном фильтре отображенияжестких вставок на схеме показан не элемент, а линия,соединяющая узлы. Эта линия может не соответствоватьдействительному положению элемента в схеме.

При отображении схемы с удаленными линияминевидимого контура и объемным изображением сеченийстержневых элементов жесткие вставки не показываются, ноположение упругой части элементов отображается с их учетом.

Настройка этого фильтра не предусмотрена.

Отображение шарнировНезависимо от заданного направления шарниры

отображаются на схеме в виде колец в концах гибкой частистержневых элементов. При малых длинах элементов шарнирыне выводятся. Для того чтобы их увидеть, следует выполнитьфрагментацию или установить Крупный план.



200

Отображение узловУзлы отображаются на расчетной схеме в виде

окаймленных квадратов, цвет которых зависит от выполняемойоперации. По умолчанию приняты следующие цвета марки-ровки узлов:• исходный вид – синий;• выбранный узел в режимах назначения параметров –

красный;• выбранный узел в режимах фрагментации – зеленый;• удаленный узел и совпадающие – желтый.

В некоторых режимах работы, например, сборкесхемы из подсхем, вводе узлов, фрагментации и других этотфильтр активизируется автоматически, но может бытьотключен пользователем.


Отображение удаленных узловЕсли не выполнялась функция упаковки данных, т.е. в

схеме в скрытом виде присутствуют удаленные узлы иэлементы, то с помощью этого фильтра можно “высветить”удаленные узлы. При необходимости восстановление узловвыполняется соответствующей функцией раздела Узлы иЭлементы.


Отображение совпадающихузлов После активизации этого фильтра выполняется поиск

совпадающих узлов, которые маркируются на схеме желтымцветом. Напомним, что под совпадающими понимаются такиеузлы, расстояние между которыми меньше значения, опреде-ленного в режиме настройки графической среды.

Учитывая значительное время поиска совпадающихузлов, фильтр становится пассивным сразу после выполненияфункции поиска. Отменить маркировку узлов можно кнопкой

фильтров .


201

Отображение совпадающихэлементов После активизации этого фильтра выполняется поиск

совпадающих элементов, которые маркируются на схемежелтым цветом. Напомним, что под совпадающими понима-ются такие элементы, у которых совпадают все узлы.

Учитывая значительное время поиска совпадающихэлементов, фильтр становится пассивным сразу после выпол-нения функции поиска. Отменить маркировку элементов

можно кнопкой фильтров .

Отображение направленияместных осей элементов

Рис. 8.2.19. Страница Местные оси

Рис. 8.2.20 Диалоговое окноНаправление осей Z1

Местные оси элементов отображаются в виде цветнойтройки осей, расположенной в центре элемента. Кроме того дляпластинчатых элементов предусмотрена возможность окраскиэлементов в зависимости от направления местной оси Z1.Настройка фильтра выполняется на странице Местные оси(рис. 8.2.19).

После активизации фильтра при установленномпризнаке цветной маркировки пластин появляется диалоговоеокно Направление осей Z1 (рис. 8.2.20). С помощьюэлементов управления этого окна можно выделить фрагментсхемы, включающий только пластины с заданным направ-лением оси. Правила работы в этом окне такие же, как и дляцветовой шкалы.


202

Отображение общей системыкоординат Если этот фильтр активен, то на схеме будет

отображаться текущее положение осей общей системыкоординат. В режимах Визуализации Крупный план иОтсечение на проекциях фильтр автоматически отключается.


Вывод размерных линий

Рис. 8.2.21. СтраницаРазмерные линии

Рис. 8.2.22. Пример вывода размерныхлиний и сетки

С помощью этого фильтра на экран выводятся линейкис размерными линиями. Они установлены по нижней и левойкромкам рабочего окна. Настройка фильтра выполняется настранице Размерные линии (рис. 8.2.21) и позволяетактивизировать отображение сетки. Размерные линии и сеткавыводятся только в том случае, если фрагмент или вся схемаспроецированы на одну из плоскостей системы координат (рис.8.2.22).


203

Удаление линий невидимогоконтура

Рис. 8.2.23. СтраницаНевидимые линии

Рис. 8.2.24. Пример удаления линийневидимого контура c отображениемпрофилей стержневых элементов

На странице настройки Невидимые линии(рис. 8.2.23) можно установить следующие режимыотображения расчетной схемы:• удаление линий невидимого контура без объемного

отображения профиля стержневых элементов;• удаление линий невидимого контура с объемным

отображением профиля стержневых элементов;• удаление линий невидимого контура с объемным

отображением профиля стержневых элементов и с учетомосвещенности (рис. 8.2.24).

При активизации этого фильтра следует учитывать, что:Ä время удаления линий невидимого контура зависит от

размеров расчетной схемы и для схем, включающихболее 5000 элементов, может занимать больше 10 минут.Особенно вырастает время удаления при активномрежиме отображения профилей элементов;

Ä в диалоговом окне Настройка графической среды естьвозможность установить разрыв между стержневымиэлементами (группа кнопок Отступы при отображениипрофилей); разрыв необходим для корректногоопределения факта пересечения элементов при объемномотображении профилей;

Ä разрыв определяет расстояние от конца стержня до узла вдолях от размеров сечения; если разрыв задан нулевым,то пересечение стержней, приходящих в один узел,непредсказуемо, и время удаления может увеличиться внесколько раз;

Ä для коротких стержней, чья длина соизмерима с размеромих поперечного сечения, вывод профилей не выполняется;

Ä на схеме с удаленными линиями невидимого контура невыполняется вывод силовых факторов, нагрузок иразмерных линий.


204

Цветовая индикация группузлов и элементов

а б

Рис. 8.2.25. Цветовые шкалыГруппы узлов (а) иГруппы элементов (б)

Активизация этих фильтров вызывает соответству-

ющую цветовую шкалу (рис. 8.2.25) , в которой каждой группеузлов или элементов соответствует свой цвет и строка снаименованием группы. При работе с цветовой шкалой группэлементов доступна операция фрагментации, в результатевыполнения которой будут показаны только группы,помеченные как активные. Полученный фрагмент сохраняетсяи после отключения фильтра. Для активизации группы следуетнажать кнопку, стоящую слева от цветового маркера. С узламии элементами групп, попавшими во фрагмент, могутвыполняться любые операции корректировки, назначения ивизуализации. Эти группы могут быть записаны в качестве

самостоятельных схем (кнопка в разделе Управление).Для того чтобы поменять состав активных групп, следуетпереустановить кнопки активизации групп и нажать кнопкуФрагментировать.

Для того чтобы вернуться к отображению полнойсхемы, следует активизировать все группы в диалоговом окне инажать кнопку Фрагментировать или нажать кнопку

восстановления исходного вида фильтров визуализации.

Следует помнить, что цветовая индикациягрупп не будет работать на схемах с удаленнымилиниями невидимого контура и при активномрежиме отображения результатов в виде изополей иизолиний.

Информация об узле

Фильтр Информация об узле позволяет получитьполную информацию о координатах, связях, нагрузках, а врежиме графического анализа – о перемещениях в указанномузле. Управление этими операциями сосредоточено вдиалоговом окне Информация об узле (рис. 8.2.26).

Для получения информации следует нажать кнопкуфильтров и установить в диалоговом окне способ поиска узла.Для поиска нужного узла можно указать его номер в поле


205

Рис. 8.2.26. Диалоговое окноИнформация об узле

Рис. 8.2.27. Диалоговое окно Узловые нагрузки

Номер узла и нажать кнопку Поиск. Кроме того узел можетбыть указан на схеме курсором, если предварительно быланажата кнопка Указание на схеме. Выбранный узелмаркируется на схеме зеленым кружком и информация о немпопадает в окно.

В поле Координаты выводятся координаты узлов; вполе Связи – направления связей в узле; в поле Перемещения– значения перемещений (только в режиме анализа резуль-татов).

В режиме формирования расчетной схемы координатыузла и направления связей могут быть изменены. Внесенныеизменения фиксируются нажатием кнопки Применить.

С помощью кнопки Нагрузки можно вызватьдиалоговое окно Узловые нагрузки (рис. 8.2.27) синформацией о всех нагрузках, приложенных к узлу в каждомзагружении. В этом режиме есть возможность выборочногоудаления нагрузок из текущего (активного) загружения. Дляэтого нужно выбрать в списке строку с удаляемой нагрузкой,имеющую признак Текущее (загружение), и нажать кнопкуУдалить нагрузку. Величина выбранной в списке нагрузкивыводится в одноименное информационное окно. Фактудаления нагрузок будет зафиксирован только в том случае,

если загружение сохранить, т.е. воспользоваться кнопкой в разделе Загружения.

При необходимости анализируемый узел может бытьудален или маркирован как выбранный. Для выполнения этихопераций используются соответствующие кнопки.

Диалоговое окно Информация об узле может зани-мать любое место на экране (и вне рабочего поля SCAD). Егоможно не закрывать при выполнении операций назначения иликорректировки геометрии схемы.


206

Информация об элементе

Рис. 8.2.28. Диалоговое окноИнформация об элементе

Рис. 8.2.29. Диалоговое окноНагрузки на элемент

Фильтр Информация об элементе позволяетполучить информацию о типе конечного элемента, количествесечений выдачи усилий, жесткостях, приложенных нагрузках,углах ориентации местных осей инерции, шарнирах, жесткихвставках, а в режиме анализа результатов – для стержневыхэлементов – эпюры прогибов и усилий, а также результатыподбора арматуры. Управление этими операциями сосредото-чено в диалоговом окне Информация об элементе(рис. 8.2.28).

Для получения информации следует нажать кнопкуфильтров и установить в диалоговом окне способ поискаэлемента. Для поиска элемента можно указать его номер в полеНомер элемента и нажать кнопку Поиск. Кроме того элементможет быть указан на схеме курсором, если предварительнобыла нажата кнопка Указание на схеме.

Выбранный элемент маркируется на схеме зеленымкружком, и информация о нем попадает в окно. В поле Типэлемента будет выведен тип конечного элемента и краткоеописание типа, в поле Тип жесткости – номер типа жесткости,в поле Количество сечений для стержневых элементоввыводится количество промежуточных сечений, в которыхвычисляются усилия.

Кнопкой Нагрузки вызывается диалоговое окноНагрузки на элемент (рис. 8.2.29) с информацией онагрузках, приложенных к элементу в каждом загружении. Вэтом режиме есть возможность выборочного удаления нагрузокиз текущего (активного) загружения. Для этого нужно выбратьв списке строку с удаляемой нагрузкой, имеющую признакТекущее (загружение), и нажать кнопку Удалить нагрузку.Величина выбранной в списке нагрузки выводится водноименное информационное окно. Факт удаления нагрузокбудет зафиксирован только в том случае, если загружение

сохранить, т.е. воспользоваться кнопкой в разделеЗагружения.

Кнопкой Жесткости вызывается диалоговое окно сжесткостными характеристиками элемента, которые могутбыть откорректированы. Главное, что нужно помнить прииспользовании этой функции, – изменены будут толькохарактеристики анализируемого элемента, что соответствуетсозданию нового типа жесткости. Если требуется изменитьжесткостные характеристики определенного типа жесткости,эту операцию следует выполнить, вызвав соответствующуюфункцию из раздела Назначение.

Кнопкой Местные оси для стержневых элементов


207

Рис. 8.2.30. Эпюры перемещений(прогибов)

Рис. 8.2.31. Эпюры усилий

вызывается диалоговое окно Ориентация местных осейинерции, а для пластин – окно индикации направленияместной оси Z1. Эти параметры могут быть откорректированы.

Для стержневых элементов кнопкой Шарнирывызывается диалоговое окно Условия примыканиястержневых элементов, в котором могут быть откоррек-тированы ранее заданные условия.

Для стержневых элементов кнопкой Жесткие вставкивызывается одноименное диалоговое окно, в котором могутбыть изменены характеристики жестких вставок.

Следует напомнить, что модификация ранее заданныххарактеристик элементов доступна только в препроцессоре.Обращение к описанным выше функциям в режиме анализарезультатов носит чисто информационный характер.

В режиме анализа результатов для стержневыхэлементов возможно получение схемы со значениями площадиподобранной арматуры.

Для стержневых элементов могут быть полученыэпюры прогибов или усилий. Вызов окон с отображением эпюр(рис. 8.2.30 и 8.2.31) выполняется одноименными кнопками.Полученные эпюры можно вывести на печать обращением ксоответствующей функции в меню Файл.

При необходимости анализируемый элемент можетбыть удален или маркирован как выбранный. Для выполненияэтих операций используются кнопки Удалить элемент иВыбрать.

Диалоговое окно Информация об элементе можетзанимать любое место в рабочем поле или размещаться внеего. Его можно не закрывать при выполнении операцийназначения или корректировки геометрии схемы.

Отображение прогибов встержнях В режиме графического анализа результатов расчета с

помощью этого фильтра можно получить отображениедеформированной схемы с учетом перемещений впромежуточных точках стержня. Фильтр может быть включенв режиме анимации или формирования видеоклипов (AVI –файлов).

Следует учитывать, что при включенном режимеотображения прогибов время формирования деформированнойсхемы несколько увеличивается.


208

Определение расстояния междуузлами

Рис. 8.2.32. Диалоговое окноРасстояние между узлами

С помощью этой операции можно определитьрасстояние между двумя узлами расчетной схемы. Послеактивизации фильтра появляется диалоговое окно Расстояниемежду узлами (рис. 8.2.32), в котором отображаютсярезультаты выполнения операции. Для определения расстоянияследует выбрать на схеме первый узел (назовем его базовым),который маркируется желтым кольцом, а затем второй (онмаркируется сиреневым кольцом). В соответствующих поляхввода отображаются координаты выбранных узлов, а такжесмещения между узлами по трем координатам и расстояниемежду ними.

Для определения расстояния между базовым узлом идругим узлом расчетной схемы достаточно выбрать на схемеэтот узел, не активизируя повторно фильтр. Для сменыбазового узла используется одноименная кнопка в диалоговомокне. После ее нажатия можно назначить новый базовый узел.

В режиме ввода исходных данных возможнакорректировка координат узлов, т.е. перенос его в точку сдругими координатами. Для ее выполнения следует ввести вполя ввода координат новые значения и нажать кнопкуПрименить. Если результаты переноса узла требуетсяотменить, то нажимается кнопка Отмена переноса.

Отмена выбора узлов иэлементов Формально эта операция не относится к фильтрам

отображения, но она достаточно часто может использоватьсяпри работе со схемой и по этой причине попала наинструментальную панель фильтров.

После нажатия этой кнопки будет снята маркировка совсех выбранных или маркированных элементов и узлов.


209

НавигаторНавигатор позволяет определить положение видимой

части расчетной схемы после выполнения операцийфрагментации рамкой и отсечения на проекциях. Послеактивизации навигатора появляется окно с изображениемрасчетной схемы, в котором ее видимая часть рисуетсякрасным цветом.

Начальная установкафильтров Если в процессе работы возникает необходимость

отменить все сделанные ранее настройки фильтров, можновоспользоваться кнопкой Восстановить исходное состояниефильтров отображения.

После нажатия этой кнопки все фильтры отключаются,а их настройка переводится в состояние, установленное для нихпо умолчанию.

Общие замечания поотображению информации нарасчетной схеме

Необходимо обратить внимание на некоторые времен-ные аспекты визуализации, связанные с настройкой фильтров.Чем больше комбинаций настройки будет установлено дляразличных фильтров, тем дольше будут выполняться функциивывода схемы на экран, так как каждый выводимый факторбудет многократно (для каждого узла или элемента)анализироваться на предмет необходимости его отображения.

Для небольших расчетных схем, содержащих до 3000узлов и элементов, время вывода увеличится незначительно.Но если схема значительно больше, то пользователю придетсянабраться терпения, прежде чем она будет выведена на экран сучетом всех установок.


210

Настройка вывода цифровойинформации

Рис. 8.2.33. Диалоговое окноУстановка шрифта

Рис. 8.2.34. Диалоговое окно Font

Вид, размер, стиль и цвет шрифта цифровойинформации на расчетной схеме назначается в диалоговомокне Установка шрифта (рис. 8.2.33), которое вызывается изпункта Установка экранных шрифтов раздела меню Опции.

Кнопками левого ряда выбирается вид информации,для которой корректируются установки шрифта. При нажатииэтих кнопок вызывается стандартное диалоговое окно средыWindows Шрифт (Font). В этом окне (рис. 8.2.34) устанавли-ваются параметры шрифта. Назначенный шрифт отображаетсяв информационном поле окна Установка шрифта. Еслинажать кнопку Применить, то информация на схеме будетвыведена в выбранном стиле.


211

Печать расчетной схемы

Рис. 8.2.35. Диалоговое окноТекст комментариев для печати

Любое установленное на экране отображениерасчетной схемы (кроме крупного плана) может быть выведенона печать. Кнопки вызова режима печати находятся в разделеУправление инструментальной панели и на панелиВизуализация. В диалоговом окне Текст комментариев дляпечати (рис. 8.2.35), которое появляется после активизациирежима, можно ввести информацию, попадающую вспециальное поле печатаемого документа.

Настройка принтера выполняется в диалоговых окнахпрограмм-драйверов, поставляемых производителями оборудо-вания вместе с принтерами. Следует обратить внимание натакие параметры настройки, как расположение изображения набумаге: Книжный формат (по вертикали) или Альбомный (погоризонтали), а также на управление цветом и разрешающейспособностью. Если на цветной принтер выводится черно-белое (монохромное) изображение, то признак этого режимадолжен быть установлен при настройке явно. При выводеизополей признак “монохром” выставлять не следует, так как вэтом случае цветные изополя будут выведены в градацияхсерого цвета. При выводе на цветной принтер изополя иизолинии выводятся в назначенных на экране цветах.

При цветной печати обратите особое внимание нацвет текстовой информации (номера узлов иэлементов, типы жесткости, значения перемещений ит.п.). Светлые цвета (белый, желтый, светлосерый идр.) на бумаге не видны. Следует назначить такойцвет шрифта, который будет виден на бумаге, а не наэкране.


212

8.3 Настройкаграфической среды

Рис. 8.3.1а. Страница Расчетная схемаокна Настройка графической среды

Рис. 8.3.1б. Страница Результаты окна Настройка графической среды

Настройка графической среды выполняется путемвызова многостраничного диалогового окна с параметраминастройки из одноименного пункта меню раздела. Окносодержит четыре страницы: Расчетная схема, Результаты,Управление анимацией, Управление генерацией отчетов иПользовательский интерфейс.

Страница Расчетная схема (рис. 8.3.1а) включаеттакие элементы управления отображением:

• установку функции раздельного отображенияпластин, при выполнении которой пластинчатыеэлементы отображаются с интервалом, разделя-ющим соприкасающиеся элементы (рис. 8.3.2).Этот вид отображения позволяет контролироватьположение стержневых элементов, расположенныхмежду пластинами;

• назначение функции “заливки” распределенныхнагрузок на стержневые элементы, что позволяетвизуально разделить нагрузки на стержни ипластины (рис. 8.3.3);

• установить величину отступа от узлов приобъемном отображении стержневых элементов,что позволяет избежать неточностей при отобра-жении нескольких стержневых элементов, прихо-дящих в один узел;

• назначение точности оценки совпадения координатузлов, необходимой при выполнении многихфункций синтеза расчетной схемы, включаяудаление совпадающих узлов, ввод стержневыхэлементов через группу узлов, лежащих на однойпрямой и т.п.;

• назначение количества сечений в стержневыхэлементах для вычисления усилий;

• включение режима автоматического сохранениярезультатов работы и задание временногоинтервала между операциями сохранения;

• включение режима автоматического открытия


213

Рис. 8.3.1в. Страница Анимация окнаНастройка графической среды

Рис. 8.3.1г. СтраницаУправление генерацией отчетов

окна Настройка графической среды

Рис. 8.3.1д. СтраницаПользовательский интерфейс

последнего проекта при старте SCAD.Страница Результаты (рис. 8.3.1б) содержит

следующие элементы управления отображением:• включение режима выдачи значений силовых

факторов в узлах для пластинчатых элементов;• назначение количества значащих цифр при ото-

бражении результатов расчета;• назначения критерия пологости оболочки (косинус

угла между соприкасающимися участками рас-четной схемы), служащего для определения связ-ности по направлению силовых факторов соприка-сающихся участков расчетной схемы;

• выбор текстового редактора, в который будут экс-портироваться таблицы с результатами расчета.

Страница Анимация (рис. 8.3.1в) служит дляназначение параметров управления анимацией в режимаханализа перемещений для статических и динамическихзагружений.

Страница Управление генерацией отчетов(рис. 8.3.1г) служит для назначение параметров генеракцииотчетов при анализе несущей способности сечений стальныхконструкций. К ним относятся:

• вид сообщений в отчете - сокращенные или полные;• направление выдачи отчета - непосредственно на

печать или загрузить текстовый редактор длякорректировки;

• тип отчета - версия текстового редактора Word 7(WordPad) или Word 97;

• размер бумаги при печати;• наименование файла и директория, в которой

хранятся колоннтитулы.

Страница Пользовательский интерфейс (рис. 8.3.1д)содержит следующие элементы управления отображением:

• установка режима отображения инструментальнойпанели в два ряда кнопок, что позволяет работатьсо всеми элементами управления при малой разре-шающей способности экрана;


214

окна Настройка графической среды

Рис. 8.3.2. Расчетной схемы сраздельным отображением пластин

Рис. 8.3.3. Отображение равномернораспределенных нагрузок на

стержневых и пластинчатых элементах

• установка режима отображения “плоских кнопок”,принятого в последних версиях Windows 95/NT(рис. 8.3.4).

Большинство факторов настройки могут неоднократноменяться в течение одного сеанса работы с расчетной схемой.Исключение составляют режимы перехода от “плоских” кнопокк “выпуклым” и наоборот и отображения инструментальнойпанели с двумя рядами кнопок. Их инициализация должнавыполняться в окне управления проектом до перехода врежимы формирования расчетной схемы или графическогоанализа результатов.

Установленное количество значащих цифр отобра-жения результатов распространяется и на вывод значенийнагрузок.

Рис. 8.3.4. Панель фильтров привключенной опции“Плоские кнопки”


215

8.4 Дополнительныевозможностиуправлениякомплексом

Рис. 8.4.1. Диалоговое окноТекст комментариев для печати

Рис. 8.4.2. Диалоговое окноСохранение образа экрана

В разделе Управление инструментальной панелидоступны операции, расширяющие возможности управлениякомплексом. К ним относятся: операция сохранения текущего

образа экрана в формате метафайла – и операция записи в

качестве отдельной схемы фрагмента исходной схемы – .Последняя операция доступна только из препроцессора.

С помощью операции формирования метафайла(расширение WMF) можно сохранить в векторном форматетекущий образ схемы для его последующего включения вотчет, например, при подготовке результатов расчета вДокументаторе или в редакторе Word.

Следует отметить, что в среде Windows существуетограничение, которое не всегда позволяет использоватькомментарии, введенные на русском языке. В обход этихограничений такая возможность предусмотрена в комплексеSCAD. В диалоговом окне Текст комментариев для печати(рис. 8.4.1) вводится необходимый текст, который рас-сматривается Документатором как комментарий киллюстрации. (Документатор - модуль SCAD, речь о которомпойдет в разделе 9.2)

После выхода из окна ввода комментариев появляетсядиалоговое окно Сохранение образа экрана (рис. 8.4.2), вкотором следует установить имя метафайла и наименованиекаталога, в который он записывается (по умолчанию записьпроизводится в рабочий каталог). Изображение в метафайлеможет быть сформировано цветным или монохромным. Цветизображения назначается пользователем как ответ на запроспрограммы. Если схема отображалась на экране в режимеудаления невидимых линий, то в монохромном изображениисерый цвет пластинчатых элементов заменяется на белый.

Операция записи фрагмента позволяет сохранитьлюбой видимый на экране фрагмент расчетной схемы(например, выделенный с помощью “окна”) как отдельнуюсхему. При этом новая схема будет включать все атрибутыфрагмента (жесткости, связи, нагрузки и т.п.).


216

Импорт исходных данных,подготовленных в видетекстового описания

Рис. 8.4.3 Диалоговое окно Импорт исходных данных

Для обеспечения совместимости с DOS-версией SCADпредусмотрена возможность импорта файлов исходныхданных, подготовленных в текстовом формате, во внутренниеформаты Windows-версии. Это позволяет использовать ранееподготовленные исходные данные, а для тех, кто предпочитаеттекстовое описание - готовить часть данных или все данные ввиде текстового описания, доводя их до полной готовностисредствами графического препроцессора. Кроме того, импортисходных данных обеспечивает совместимость с вычислитель-ными комплексами МИРАЖ и Лира, а также другими програм-мами, совпадающими с ними по входному языку описанияданных.

Для импорта исходных данных не обязательноналичие в них всех разделов описания схемы. Достаточнотолько геометрических характеристик (в понятиях входногоязыка первого и четвертого документов). И даже этаинформация может быть неполной. Ее корректировка идополнение может выполняться средствами графическогопрепроцессора.

Импорт данных выполняется из раздела меню Проектоперацией Прочитать проект из текстового формата. Таккак кодировки в текстовом формате DOS и Windowsотличаются, в меню предусмотрены две операции. Выбороперации осуществляется в зависимости от того, в какой средеподготовлены исходные данные.

После активизации нужной операции выполняетсяимпорт, результаты которого помещаются в диалоговое окноИмпорт исходных данных (рис. 8.4.3). В окне сообщается обошибках и неточностях в данных, приводятся сообщения сописанием ошибок. Текст сообщений может быть распечатандля последующего анализа.

Если ошибки не критичны для задачи, то посленажатия кнопки Загрузить данные выполняетсяпреобразование текстового описания в форматы проекта, изадача становится доступной для работы. В противном случаеследует нажать кнопку Отказ.

Экспорт данных из форматапроекта в текстовое описание

В комплексе предусмотрен и обратный процесс -экспорт данных, т.е. преобразование из формата проекта втекстовое описание в кодировке Windows. Эта операцияназывается Сохранить данные в виде текста и доступна израздела меню Проект. Очевидно, что обратной совместимостиполученного описания задачи с DOS версией не гарантируется.


217

8.5 Специальные функциираздела меню Сервис

В разделе меню Сервис предусмотрено обращение кспециальным функциям, в число которых входит вызовстандартного калькулятора среды Windows, а также кальку-ляторы для расчета по формуле и преобразования единицизмерения. Кроме того из этого раздела меню можно вызватьсправочные таблицы с характеристиками бетона и арматуры ифункции расчета коэффициентов упругого основания идеформативности основания.

Калькулятор для расчета поформулам

Рис. 8.5.1. Диалоговое окноРасчет по формуле

Калькулятор (рис. 8.5.1) предназначен для проведениявычислений по формулам, которые задаются в окне ввода. Привводе формул следует соблюдать следующие правила:

• наименования функций вводятся строчными буквамилатинского алфавита;

• разделителем дробной и целой частей числа являетсяточка;

• арифметические операции задаются символами +, −,*, /, возведение в степень ** (например, 2.5*2.5*2.5записывается как 2.5**3).

При записи формул используют следующие функции:floor – наибольшее целое число, не превышающеезаданное;tan – тангенс;sin – синус;cos – косинус;asin – арксинус;acos – арккосинус;atan – арктангенс;exp – экспонента;ceil – наименьшее целое число, превышающее заданное;tanh – тангенс гиперболический;sinh – синус гиперболический;cosh – косинус гиперболический;log – натуральный логарифм;log10 – десятичный логарифм;abs – абсолютное значение;sqrt – корень квадратный.

В зависимости от состояния переключателяГрадусы/Радианы аргументы тригонометрических функий(sin, cos, tan) и результаты обратных тригонометрическихфункий (asin,acos,atan) приводятся в градусах или радианахсоответственно. Допускается использование только круглыхскобок при произвольной глубине вложенности.

ПримерФормула должна быть записана следующим образом:


218

1.2+sin(0.43)+6.7*sqrt(6.8)-0.003**0.2.

Если активизировать кнопку Переменные, появляетсядополнительная возможность использовать в формуле тринезависимые переменные x, y, z. При этом сами значенияпеременных задаются в соответствующих полях ввода. Этопозволяет проводить серию однотипных вычислений приразличных значениях параметров. Например, в этом режимеследующая формула должна быть записана в виде

1.2+sin(x)+6.7*sqrt(6.8)-y**0.2.

Для проведения вычислений следует нажать кнопкуВычислить. Перенос результата в буфер обмена выполняетсякнопкой Копировать.

Калькулятор дляпреобразования единицизмерения

Рис. 8.5.2. Диалоговое окноПреобразование единиц измерения

Предназначен для преобразования данных заданных вразличных единицах измерения. Многостраничное диалоговоеокно Преобразование единиц измерения (рис. 8.5.2)содержит семь страниц: Длина, Площадь, Объем, Сила, Угол,Давление, Момент силы.

Для преобразования данных следует установитьзакладку с наименованием единиц измерения, ввести всоответствующее поле ввода значение и нажать кнопку Enterна клавиатуре. В результате будут получены значения во всехостальных единицах измерения.


219

Характеристики бетона

Рис. 8.5.3. Диалоговое окноХарактеристики бетона

Диалоговое окно Характеристики бетона (рис. 8.5.3)содержит две страницы. На первой странице приведенынормативные сопротивления бетона Rbn, Rbtn и расчетныесопротивления бетона для предельных состояний второйгруппы Rb,ser и Rbt,ser при классе бетона по прочности насжатие. На второй - соответственно расчетные сопротивлениябетона для предельных состояний первой группы Rb и Rbt приклассе бетона по прочности на сжатие. Данные приводятся вМПа и могут быть переведены в установленные для текущегопроекта единицы измерения включением опции Использоватьустановленные единицы измерения.

Характеристики арматуры

Рис. 8.5.4. Диалоговое окноХарактеристики арматуры

Диалоговое окно Характеристики арматуры(рис. 8.5.4) содержит две страницы. На первой страницеприведены расчетные и нормативные сопротивления сжатию ирастяжению продольной и поперечной арматуры по предель-ным сосотояниям первой группы, а также нормативные ирасчетные сопротивления растяжению по предельнымсостояниям второй группы. На второй - приводятся данные посортаменту арматуры. В левую часть таблицы включенырасчетные площади поперечных сечений для различногоколичества арматурных стержней. В правой части таблицынаходится информация по диаметрам арматуры различногокласса.


220

Расчет коэффициентовупругого основания

Рис. 8.5.5. Диалоговое окноРасчет коэффициентов упругого

основания

В этом режиме реализована одна из методик расчетакоэффициентов упругого основания, разработанная подруководством проф. В.Г. Пискунова*. Подготовка данных длярасчета и расчет выполняются в диалоговом окне Расчеткоэффициентов упругого основания (рис. 8.5.5).

Рекомендуется следующий порядок выполненияопераций:

Ä нажать кнопку Новый слой;Ä ввести толщину слоя грунта;Ä активизировать опцию, определяющую способ

задания характеристик грунта (численное описаниеили путем назначения конкретного вида грунта иего свойств);

Ä если задается несколько слоев грунта, то повторитьпредыдущие операции для каждого слоя;

Ä нажать кнопку Расчет.В информационных полях С1 и С2 появятся значения

коэффициентов постели.При необходимости можно удалить любой из

заданных слоев. Для этого следует выбрать его номер в спискеНомер слоя и нажать кнопку Удалить слой.

* Пискунов В.Г., Федоренко Ю.М. Динамический метод контроля состояния слоистых плит на упругомосновании. Архитектура и строительство Белоруси, 5-6, 1994, с.19-22


221

Расчет коэффициентовдеформативности основания

Рис. 8.5.6. Диалоговое окноРасчет коэффициентов

деформативности основания

Правила работы в этом режиме и методика расчетааналогичны описанным выше. Отличие заключается в том, чтов случае расчета коэффициентов деформативности К1 и К2необходимо дополнительно задать фактическую площадьопирания сооружения.

9 . Д о к у м е н т и р о в а н и е р е з у л ь т а т о в р а с ч е т а

223

9. Документирование исходных данных и результатов расчета

Для документирования исходных данных ирезультатов расчета можно использовать генератор таблиц втекстовом формате (результаты его работы отображаются вуказанном текстовом редакторе) или специальная подсистема –Документатор, с помощью которой таблицы формируются ивыводятся на печать в графическом формате или экспорти-руются в MS Word или MS Excel.

9.1 Генератор таблиц втекстовом формате

Рис. 9.1.1. Диалоговое окноОформление результатов расчета

Рис. 9.1.2. Диалоговое окноСостав выходных таблиц

Общее управление генерацией таблиц осуществляетсяв диалоговом окне Оформление результатов расчета(рис. 9.1.1), которое вызывается из раздела Печать таблицгруппы Результаты в Дереве проекта. Краткое описаниеработы в этом окне приведено в разделе 1.2.8. Сейчас мыподробнее рассмотрим вопросы, связанные с настройкойрежима вывода и печати результатов.

Для назначения правил формирования и оформлениярезультатов используется кнопка Параметры вывода, посленажатия которой появляется диалоговое окно Составвыходных таблиц (рис. 9.1.2). Из этого окна осуществляетсядоступ к следующим функциям назначения параметров:• список узлов или элементов, для которых выводятся

результаты;• список загружений;• параметры настройки генератора таблиц;• выходные единицы измерения.

Параметры настройки задаются в диалоговых окнах,вызов которых выполняется нажатием соответствующихкнопок.

Список узлов/элементов задается в окне Узлы/Элементы в зависимости от вида результатов (рис. 9.1.3). Поумолчанию на печать выводятся результаты для всех объектовсхемы. В противном случае список объектов может бытьвведен в строке Указанные номера узлов/элементов. Дляввода списка необходимо активизировать соответствующуюопцию. Список состоит из номеров объектов, разделенныхпробелом. Если номера идут подряд, то промежуточныеобъекты не перечисляются, а указываются номера первого ипоследнего через знак “-“. Например, 1 2 4-9 23 56 72-109.


224

Рис. 9.1.3. Диалоговое окно Узлы(окно Элементы аналогично)

Рис. 9.1.4. Диалоговое окноЗагружения

Для выбора номеров загружений используетсядиалоговое окно Загружения (рис. 9.1.4), которое появляетсяпосле нажатия кнопки Список загружений. По умолчаниювывод результатов выполняется для всех загружений. Еслипечатаются результаты только заданных загружений, то онивыбираются из списка после активизации опции Указанныеномера загружений.

В окне Параметры вывода (Рис. 9.1.5), котороевызывается после нажатия одноименной кнопки, можноназначить количество строк на странице и ширину таблиц,точность вывода перемещений и усилий, выбрать тип таблицы,определить формат выходного файла, ориентацию страниц,размер шрифта и др.

Есть два типа таблиц. В таблицах первого типа (их

опция помечена в окне пиктограммой ) наименованиясиловых факторов или перемещений размещены в началекаждой строки, а в заглавиях столбцов помещены номера узловили элементов. В таблицах второго типа (отмеченных

пиктограммой ) в заглавиях столбцов помещаютсянаименования силовых факторов или перемещений, а в строках- номера элементов и узлов.

Пример таблицы с выводом “по строкам”Перемещения узлов

30 31 32

1 - Собственный весX −.003771 .000777 .000398Y −.001397 −.000824 .000321Z −4.50144 −5.11411 −5.41677

Пример таблицы с выводом “по столбцам”Узел Загружение X Y Z30 1 −.003771 −.001397 −4.5014431 1 .000777 −.000824 −5.1141132 1 .000398 .000321 −5.41677

Используя соответствующую маску вывода, можно на-строить программу на печать только определенных видов сило-вых факторов или перемещений (рис. 9.1.6 и 9.1.7).

Вызов диалоговых окон с масками для соответ-


225

Рис. 9.1.5. Диалоговое окноПараметры вывода

Рис. 9.1.6. Диалоговое окноМаска печати усилий

Рис. 9.1.7. Диалоговое окноМаска печати перемещений

ствующих факторов выполняется кнопками Перемещения,Усилия и Реакции в группе Маска вывода.

При формировании таблиц результатов необходимо:Ä активизировать в Дереве проекта раздел Печать

таблиц в группе Результаты;Ä активизировать в диалоговом окне Оформление

результатов расчета опцию с наименованиемфактора (например, Перемещения или Усилия инапряжения); если информация есть, то рядом снаименованием опции стоит пиктограмма наличия

информации – ;Ä нажать кнопку Параметры вывода и задать

необходимые параметры вывода (если параметрыпринимаются по умолчанию, этот шаг можнопропустить);

Ä нажать кнопку Формирование документа идождаться появления рядом с наименованием

фактора пиктограммы готовности таблицы – ;Ä нажать кнопку Просмотр результатов, после чего

появляется окно текстового редактора с таблицамирезультатов.

Перед вызовом функции печати таблиц необходимовыполнить настройку комплекса, установив в диалоговом окнеНастройка графической среды на странице Результаты(окно вызывается из одноименного пункта в разделе менюОпции) наименование текстового редактора, в которомвыполняется просмотр таблиц результатов.

Напоминаем, что существенным фактором, влияющимна качество представления результатов в таблицах, являетсявыбор шрифта (Font). Удобочитаемость таблиц обеспечиваетшрифт Courier (Cyrillic) или Courier New (Cyrillic), в которыхвсе буквы и цифры имеют одинаковую ширину (т.н.непропорциональный шрифт).

Если таблица не помещается по ширине страницы, томожно уменьшить размер шрифта или перенастроитьпараметры страницы в текстовом редакторе, например,уменьшить отступы или изменить формат с книжного (портрет)на альбомный (ландшафт). Эти назначения можно сделатьзаранее при задании параметров в диалоговом окнеПараметры вывода (см. рис. 9.1.5).

Генератор таблиц в текстовом формате формируетпсевдотаблицы, которые не имеют четко выраженных столбцови строк, как например, в электронных таблицах Excel или втаблицах редактора Word. Экспорт псевдотаблиц в настоящиетаблицы достаточно трудоемок. Для получения полнофунк-циональных таблиц в комплексе предусмотрен специальныймодуль – Документатор.


226

В приведенной ниже таблице помещен списокрасширений текстовых файлов результатов расчета и исходныхданных.

Текстовые файлы исходных данных и результатовРасширениефайла

С о д е p ж а н и е

P01 Пpотокол pасчетаP02 Исxодные данныеP03 Ошибки в исxодныx данныxP05 Величины пеpемещенийP06 Величины усилийP07 Величины pеакцийP08 Расчетные сочетания и унифициpованные pасчетные сочетанияP09 Частоты собственных колебанийP10 Фоpмы собственных колебанийP11 Инеpционные нагpузкиP14 Главные и эквивалентные напpяжения по загружениямP15 Главные и эквивалентные напpяжения по комбинациям загруженийP17 Распpеделение весов массP18 Коэффициенты запаса устойчивостиP19 Свободные длины элементовP20 Фоpмы потеpи устойчивостиP22 После комбинаций загружений: величины усилийP23 После комбинаций загружений: величины пеpемещенийP24 После комбинаций загружений: главные и эквивалентные напpяженияP25 Реакции на фундаментP26 После комбинаций загружений: pеакции на фундаментP27 После комбинаций загружений: коэффициенты запаса устойчивостиP28 После комбинаций загружений: свободные длины элементовP29 После комбинаций загружений: фоpмы потеpи устойчивостиР71 Спектры ответаР73 Сообщения спектров ответаP99 Армирование


227

9.2 Документатор

Рис. 9.2.1. Диалоговое окноВывод результатов

Документатор является самостоятельным модулем ипозволяет формировать и выводить на печать таблицывысокого качества и сопутствующие им графические матери-алы, а также экспортировать их в электронные таблицы MSExcelTM или в формат RTF (Rich Text Format) для последую-щей загрузки в графические редакторы, поддерживающиеформат RTF (например, MS WordTM).

Вызов Документатора выполняется из разделаДокументирование Дерева проектов. При вызове автомати-чески устанавливается текущий проект, хотя предусмотренавозможность вызова и другого проекта. Управление Докумен-татором осуществляется в диалоговом окне Выводрезультатов (рис. 9.2.1). Меню этого окна состоит из трехразделов:• Проект – выполняются команды открытия и закрытия

проекта, а также выход из Документатора;• Опции – выбор вида и размера шрифта, а также

инициализация режима нумерации страниц;• Справка – краткая информация по правилам работы с

Документатором.

Назначение вида выводимойинформации и настройкаДокументатора

Вид выводимой на печать информации назначается спомощью опций, стоящих слева от наименования информации.При вызове Документатора автоматически определяетсянабор доступных для документирования результатов иоткрывается доступ к соответствующим опциям. Для вывода напечать заданного набора таблиц с результатами илиисходными данными следует активизировать опции снаименованиями нужных разделов. Если выводится всяинформация, то нажимается кнопка Отметить все.

Назначение наборов узлов и элементов, для которыхформируются таблицы с результатами, выполняется с учетомгрупп, заданных при создании схемы или в процессе анализарезультатов.

В центральной части окна Вывод результатоврасположены списки, которые служат для отбора нужныхобъектов. В левом списке содержится перечень имен заданныхгрупп, а в правый заносится перечень узлов или элементов,отобранных для таблиц.

Если активна кнопка Вся схема, то в правых спискахбудут находиться перечни всех элементов и узлов схемы (принеобходимости их можно откорректировать).

Для формирования перечней объектов с помощьюгрупп используются кнопки, расположенные между левым иправым списками. Кнопка с одной стрелкой переносит в


228

правый список только выбранные объекты из левого списка.Кнопка с двумя стрелками загружает в правый список объектывсех групп. Правые списки не могут быть “пустыми”.

Для активных опций с наименованием выводимойинформации открыт доступ к соответствующим им кнопкам

вызова диалоговых окон управления выводом . Каждойуправляющей кнопке соответствует диалоговое окно длянастройки таблиц определенного вида. Все окна, кроме окнанастройки таблиц исходных данных, имеют одинаковый наборуправляющих элементов и единые правила работы.Рассмотрим работу с окнами на примере Окна настройкитаблиц результатов расчета перемещений.

Окна настройки таблицрезультатов

Рис. 9.2.2. Диалоговое окноПеремещения

В окне Перемещения (рис. 9.2.2) назначаютсяпараметры настройки при формировании таблиц. К нимотносятся:• признак печати заглавного листа;• вид таблиц (с выводом списка факторов по строкам или по

столбцам);• признак размещения заглавий таблиц на каждом листе или

только на первом;• номера узлов;• номера загружений;• перечень факторов, включаемых в таблицы;• единицы измерений.

В нижней части окна находится ряд командных кнопокдля вызова диалоговых окон, которые используются при подго-товке комментариев к таблице, выборе иллюстраций, печати иэкспорта таблиц.

Задание номеров узлов выполняется по тем жеправилам, что и в окне Вывод результатов. Необходимоучитывать, что списки узлов, заданные в окне Перемещения,имеют преимущество перед аналогичными списками окнаВывод результатов, и, если они отличаются, то только этисписки будут учитываться при формировании таблиц.

Для форматирования всех таблиц с результатами надопоследовательно выполнить их настройку, используя для этогосоответствующие управляющие кнопки окна Выводрезультатов.


229

Комментарии к таблицам

Рис. 9.2.3. Диалоговое окноКомментарии

Комментарии к таблицам могут размещаться передили после таблиц и вводятся в диалоговом окне Комментарии(рис. 9.2.3).

Вид шрифта и его размер тот же, что установлен и длятаблиц. Положение комментариев определяется активизациейсоответствующей опции в верхней части окна.

Работа с иллюстрациями

Рис. 9.2.4. Диалоговое окноИллюстрации

Для подбора иллюстраций, помещаемых в выходнойдокумент, используется диалоговое окно Иллюстрации(рис. 9.2.4). Это окно может быть вызвано нажатиемодноименной кнопки из любого окна настройки таблиц. Прин-цип работы с иллюстрациями довольно прост. В левом спискепомещаются все файлы с расширением WMF (метафайл),которые есть в рабочем каталоге. Напомним, что метафайлымогут быть сформированы как в процессе создания схемы, таки при графическом анализе результатов расчета, используя

кнопку в разделе Управление инструментальной панели.Необходимые иллюстрации переводятся в список

вывода (правый) нажатием кнопки > .Если нажать кнопкуПросмотр левого или правого списков, то иллюстрации можнопоследовательно просмотреть в соответствующем окне.

Каждому рисунку, попавшему в правый список, можнодать комментарий. Для этого в списке надо отметить имяфайла с рисунком, а затем ввести текст в поле Комментарий.Введенный текст запоминается и выводится вместе с рисунком.Для удаления файла из правого списка используется кнопка <.

Кнопки с двойной стрелкой пересылают все иллюстра-ции в список вывода или удаляют их из этого списка.


230

Управление выводомисходных данных

Рис. 9.2.5. Диалоговое окноИсходные данные

Работа в окне Исходные данные (рис. 9.2.5)заключается в назначении данных, которые выводятся напечать. Данные разделены на две группы. С помощью кнопок,расположенных в верхней части окна, назначаются видытаблиц с информацией о различных характеристикахрасчетной схемы. Расположенные справа кнопки служат длявывода на печать управляющей информации. В нижней частиокна расположено поле для ввода комментариев к исходнымданным.

Просмотр таблиц

Рис. 9.2.6. Окно режима просмотратаблиц

Для предварительного просмотра таблиц используетсякнопка Просмотр в окне Вывод результатов. После нажатияэтой кнопки происходит формирование таблиц с учетом всехвыполненных настроек, заданного вида и размера шрифта,иллюстраций и комментариев. Полученные таблицыотображаются в окне (рис. 9.2.6). Листание возможно только всторону увеличения номеров страниц. При необходимостиможно вывести на печать содержание текущей страницы,

используя кнопку .

Экспорт таблиц Таблицы могут формироваться в формате XLS-файловдля экспорта в электронные таблицы Excel (составная частьсистемы Microsoft Office) или в формате RTF – дляпоследующей визуализации, обработки и печати в текстовомредакторе, например, Write, WORD или др. Экспортируютсятолько таблицы с представлением наименований факторов(направлений перемещений или усилий и напряжений) постолбцам. Переход на эту форму представления таблицвыполняется автоматически независимо от настройкиДокументатора. При экспорте автоматически вызываетсяприложение, в которое загружается созданный файл.

1 0 . К о м б и н а ц и и з а г р у ж е н и й

231

10. Комбинации загружений

Рис. 10.1. Диалоговое окно Комбинации загружений

Комбинации загружений могут быть вычислены как вобщем потоке расчета задачи, так и отдельно, послезавершения расчета. В первом случае исходные данныеготовятся после завершения формирования расчетной схемы иввода загружений. Во втором - комбинации могут бытьвведены после завершения расчета по загружениям.

Функция подготовки исходных данных длявычисления комбинаций загружений вызывается из Деревапроекта в разделе Специальные исходные данные. Функциядоступна только после задания загружений. Подготовка данныхвыполняется в диалоговом окне Комбинации загружений(рис. 10.1).

Порядок ввода данных следующий:Ä в столбце Коэффициенты ввести значения

коэффициентов, с которыми загружения входят втекущую комбинацию;

Ä нажать кнопку Запись комбинации, после чегоформула текущей комбинации выводится винформационное окно;

Ä нажать кнопку Номер комбинации [>>] иустановить номер следующей комбинации; приэтом значения коэффициентов получат нулевыезначения и программа будет готова к вводу новыхданных.

Следует отметить, что в комбинацию наряду сзагружениями могут входить и ранее созданные комбинации.

Текущая комбинация может быть удалена нажатиемкнопки Удаление комбинации, а после нажатия кнопкиУдаление данных будут удалены все заданные комбинации.

При изменении количества загружений преждезаданные комбинации аннулируются и должны быть заданыновые.

1 1 . Р а с ч е т н ы е с о ч е т а н и я у с и л и й ( Р С У )

233

11. Расчетные сочетания усилий (РСУ)Вычисление РСУ производится на основании

критериев, характерных для соответствующих типов конечныхэлементов – стержней, диафрагм, плит, оболочек, массивныхтел. Для всех типов элементов РСУ выбираются по критериюнаибольших напряжений, рассматриваются отдельныекритерии, учитывающие, например, особенности работыжелезобетона. Так для стержней, находятся сочетания смаксимальной растягивающей и сжимающей продольнойсилой.

При расчете учитываются требования нормативныхдокументов и логические связи между загружениями,накладываемые нормативными документами или существомрешаемой задачи.

Введено понятие взаимоисключающих загружений, то-есть таких, которые в одно сочетание одновременно входить немогут. Так, например, активное ветровое воздействие насооружение одновременно с двух (трех, четырех) сторонучитывать не следует. Все эти ветровые воздействия можновключить в одну группу взаимоисключающих загружений.

Понятие сопутствующих загружений введено длятого, чтобы загружение сопутствующее, то есть порожденноеосновным, не включалось бы в РСУ без основного. Так,например, усилия от торможения тележки крана не могутвключаться в РСУ, если туда не вошли усилия от давленияколес крана. Нагрузка же от крана может действовать и безсочетания с тормозной. Имеется возможность ограничить ичисло одновременно учитываемых в РСУ воздействий открановых и тормозных нагрузок, что вытекает из требованиясоответствующих норм.

Понятие объединенно-кратковременных нагрузоквведено для того, чтобы дать возможность включать восновное сочетание не одну из кратковременных нагрузок, а ихгруппу (либо наиболее опасную по прочности комбинациюнагрузок из этой группы). При назначении коэффициентовсочетания, зависящего от числа действующих нагрузок, этагруппа засчитывается как одна временная нагрузка от одногоисточника или как нагрузка от нескольких источников,совместное действие которых учтено при определениизначения нагрузок (например, гололедно-ветровая нагрузка).

Нормами проектирования предусмотрено, чтонекоторые виды нагрузок в некоторых сочетаниях не должныучитываться полностью. Поэтому произведена классификацияпо видам загружений (постоянная, временная, крановая и т.д.)и предоставлена возможность задавать коэффициенты, скоторыми данное загружение может входить в основное и


234

Рис. 11.1. Диалоговое окноРасчетные сочетания усилий

Рис. 11.2. Диалоговое окноСписок элементов

другие сочетания.Расчетные сочетания усилий могут быть вычислены

как в общем потоке расчета задачи, так и отдельно, послезавершения расчета на статические и динамическиевоздействия. В первом случае исходные данные готовятсяпосле завершения формирования расчетной схемы и вводазагружений, во втором – данные могут быть введены послезавершения расчета по загружениям.

Подготовка исходных данных для вычисления РСУвыполняется только после задания всех загружений. Функцияподготовки вызывается из Дерева проекта в разделеСпециальные исходные данные, подраздел Расчетныесочетания усилий.

В диалоговом окне Расчетные сочетания усилий(рис. 11.1) автоматически записываются имена всехсформированных загружений. Каждому загружению выделенаодна строка таблицы, которая включает номер загружения, егоимя, список для установки типа загружения и столбцы соспециальной информацией, характеризующей загружение и еговзамосвязь с другими загружениями. В связи с ограничениемместа в диалоговом окне таблица состоит из двух блоков –нижнего и верхнего, связанных общей линейкой прокрутки.При помощи этой линейки выполняется листание по строкам.По этой же причине в нижнем блоке таблицы количествовидимых столбцов с коэффициентами РСУ ограничено тремя.Для доступа к остальным столбцам с коэффициентамииспользуются кнопки [<<], [>>].

Порядок выполнения операций при подготовке данныхдля расчета РСУ:Ä используя списки типов загружений, установленные в

каждой строке, назначить всем загружениям их тип;по мере назначения типа в таблицу автоматическизаносятся коэффициенты РСУ, принятые поумолчанию;

Ä заполнить последовательно для каждого загружениястолбцы с параметрами;

Ä заменить в случае необходимости значения коэф-фициентов на требуемые по условиям решения задачи;

Ä нажать кнопку Список элементов и назначитьэлементы или группы, для которых выполняетсярасчет (по умолчанию расчет выполняется для всехэлементов расчетной схемы);

Ä если предполагается выполнение унификации и/илисоздание групп унификации, то вызвать одноименныедиалоговые окна, нажав соответственно кнопкиУнификация и Группы. Если при подготовке данных на входном языке

(текстовое описание) была задана информация для вычисленияРСУ, то после вызова диалогового окна она будет автома-


235

тически введена в таблицу и может быть при необходимостиоткорректирована. Порядок выполнения корректировки тот же,что и при задании данных.

Если в столбце Объединение кратковременныхзагружений (к ним относятся загружения, помеченные каквременное длительно действующее, кратковременное икратковременное, длительность действия которого мала)группа загружений помечена одинаковой цифрой, то она приопределенных условиях может попасть в первое основноесочетание в любой комбинации сумм этих загружений.

В столбце Знакопеременные единицей помечаютсязнакопеременные загружения. (практически всегда должныбыть объявлены знакопеременными динамические загружения,а также тормозные нагрузки кранов).

В первом столбце Взаимоисключающие каждомузагружению из группы взаимоисключающих загруженийприсваивается номер от 1 до 9 (т.е. может быть создано до 9групп таких загружений). Второй столбец пока не исполь-зуется.В столбцах Сопутствующие указываются номерасопутствующих загружений, т.е. таких, действие которыхобусловлено наличием данного загружения. К такимзагружениям, например, относятся тормозные, которыепопадут в РСУ только совместно с крановыми и в строкекранового нагружения указаны как сопутствующие ему.

Таблица 11.1

Вид нагружения Объеди-нение 2 и 7

Зна-копере-менность

Взаимоис-ключение

Сопутствие

0 - постоянное - - - - 1 - временное длительно действующее + + + 1 + 1, 2, 5, 6, 7 2 - кратковременное + + + 2, 5, 6, 7, 9 + 2, 5, 6, 7, 9 3 - крановое - - +3 +4 4 - тормозное - + - - 5 - сейсмическое - + + 2, 5, 6, 7 + 2, 5, 6, 7 6 - особое (кроме сейсмического) - + + 2, 5, 6, 7, 9 + 2, 5, 6, 7, 9 7 - кратковременное, длительностьдействия которого мала

+ + + 2, 5, 6, 7 + 2, 5, 6, 7

9 - статическое ветровое при учетепульсации ветра

- - - -

В таблице использованы следующие обозначения: "-" (минус) не допускается; "+" (плюс) -допускается, цифры после плюса - виды загружений, которые допускается объявлятьсопутствующими либо взаимоисключающими.

На информацию о взаимодействии загружений накла-дываются логические ограничения, приведенные в табл.11.1:• объединение кратковременных нагрузок допускается лишь

для кратковременной и кратковременной с малой длитель-


236

ностью действия нагрузок;• не все виды нагрузок могут быть объявлены сопутствую-

щими• тормозная нагрузка может сопутствовать только крановой;• двойное сопутствие не допускается;

любая сопутствующая нагрузка не может попадать вгруппы объединения и взаимоисключения.

В столбце Коэффициент надежности вводитсякоэффициент надежности по нагрузке γf. Формируемые поумолчанию коэффициенты имеют следующие значения:• для постоянных загружений γf = 1.1;• для временного загружения γf = 1.2;• для особых воздействий γf = 1.0;• для кратковременных с малой длительностью γf = 1.4.

Следует отметить, что коэффициент надежностииспользуется только модулем подбора арматуры для переходаот расчетных значений нагрузок к нормативным.

В столбце Доля длительности указывается, какаячасть нагрузки Кg (в долях от единицы) принимается в данномзагружении как длительно действующая. По умолчаниюпринимаются следующие значения Кg:• для постоянных и длительно действующих загружений

Кg = 1;• для крановых Кg = 0.6;• для прочих Кg = 0.0.

Столбцы Коэффициенты РСУ используются длязаписи коэффициентов, с которыми усилия от каждого загру-жения входят в РСУ. Столбец 1-е главное (1) предназначендля формирования 1-го основного сочетания нагрузок, вкотором учитываются усилия от всех постоянных, длительнодействующих и только от одного наиболее опасноговременного загружения или (при наличии номера в столбцеОбъединение кратковременных) от группы объединенныхвременных загружений. В столбец 2-е главное (2) заносятсякоэффициенты для формирования РСУ по 2-му сочетаниюнагрузок, а в столбец Особое (3) – по особому.

Если эти столбцы не заполнены, то в них коэффи-циенты формируются по умолчанию следующим образом:• столбец (1) – первое основное сочетание: для всех видов

загружений, кроме особых, К1=1 (для особых К1=0);• столбец (2) – второе основное сочетание: для постоянных

К2=1; длительно действующих К2=0.95; длякратковременных, крановых и тормозных К2=0.9; дляособых К2=0;

• столбец (3)– особое сочетание: для постоянных К3=0.9; длядлительно действующих К3=0.8; для кратковременныхК3=0.5; для крановых и тормозных К3=0; для сейсмическихК3=1; для прочих динамических К3=0.

Блок РСУ выполнен для работы с заданными в


237

загружениях расчетными нагрузками. Использование норма-тивных нагрузок не предусмотрено.

В практике возможны случаи, когда для разныхэлементов схемы требуется применить разные коэффициентысочетаний в одном и том же загружении. Такие элементыобъединяются в группы (не путать с группами элементов,создаваемыми при формировании расчетной схемы и анализерезультатов). Групп может быть две. Они формируются вдиалоговом окне Группы, которое вызывается после нажатияодноименной кнопки в окне Расчетные сочетания усилий.Один и тот же элемент может входить в обе группы. Для этихгрупп в таблице формируют дополнительные столбцы (с 4-гопо 15-й) коэффициентов РСУ.

В тех случая, когда расчетные сочетания усилийнеобходимо вычислить не для всех элементов схемы,воспользуемся кнопкой Задание списка элементов, посленажатия на которую появляется диалоговое окно Списокэлементов (рис. 11.2.). Элементы могут быть введены сиспользованием групп. При этом доступны как группы,заданные для подбора арматуры, так и другие группыэлементов. Если список вводится без использования групп, онготовится по следующим правилам:• номера элементов вводятся через пробел;• в случае подряд пронумерованных элементов первый и

последний элементы ряда пишутся через дефис (например:1-23 34 45 76 87-125).

Список, полученный путем ввода групп, может бытьоткорректирован.


238

Унификация

Рис. 11.3. Диалоговое окно

Унификация

При вычислении расчетных сочетаний нагрузок

предусмотрена возможность унификации в рамках заданныхсписков (групп) элементов. Реализованы три типа унификации:• в группе элементов сечения унифицируются таким

образом, что все элементы группы имеют одинаковоесечение;

• в группе элементов выполняется унификация посоответствующим сечениям, т.е. элементы группы будутиметь одинаковые первое, второе, третье и т.д. сечения;

• в группе элементов унифицируются симметричныесечения, т.е. все элементы группы будут иметь одинаковыепервое и последнее сечения, второе и предпоследнее и т.д.

Для каждого типа унификации может быть задано додевяти групп. Очевидно, что для пластинчатых и оболочечныхэлементов, а также для элементов включаемых в состав одногофизического стержня (конструктивного элемента), можетиспользоваться только первый тип унификации.

Вычисление РСУ в случае унификации выполняется недля каждого элемента в отдельности, а для каждой группыэлементов. При этом, в одну группу могут входить только теэлементы, у которых одинаковая ориентация местных осей.

Данные для унификации РСУ задаются в диалоговомокне Унификация (рис. 11.3). При вводе новых данныхрекомендуется:

Ä нажать кнопку Новый список (элементов);Ä выбрать тип унификации из одноименного списка;Ä установить номер группы унификации из списка

Номер группы;Ä ввести список элементов или загрузить созданные

ранее группы;Ä нажать на кнопку Сохранить.

Для внесения изменений в ранее созданный список или в егохарактеристики следует:

Ä в окне Номер списка установить номермодифицируемого списка;

Ä внести изменения в характеристики списка;Ä запомнить изменения, нажав кнопку Сохранить.И, наконец, для удаления ранее созданного списка –

выбираем этот список и нажимаем кнопку Удалить.


239

Группы

Рис. 11.4. Диалоговое окноГруппы

Если часть элементов имеет разные коэффициентыРСУ, то для их задания используется диалоговое окно Группы(рис. 11.4).

Порядок работы в этом окне в основном совпадает сописанным выше для окна Унификация – нажать кнопкуНовый список, ввести номера элементов, назначить номерастолбцов, из которых выбираются коэффициенты РСУ, инажать кнопку Сохранить.

В таблице, помещенной в нижней части окна,отмечаются номера столбцов, из которых следует взятькоэффициенты РСУ для текущей группы элементов.Напомним, что эти коэффициенты задаются в столбцах 1-15таблицы в диалоговом окне Расчетные сочетания усилий(см. рис. 11.1).

Удаление всей информации, введенной в режимезадания расчетных сочетаний усилий, выполняется кнопкойУдаление РСУ (это соответствует отказу от вычисления РСУ).

1 2 . Г л а в н ы е и э к в и в а л е н т н ы е н а п р я ж е н и я

241

12. Главные и эквивалентные напряжения

Рис. 12.1.

Рис. 12.2.

Напомним некоторые основные положения теориинапряжений, излагаемые обычно в курсе теории упругости илив подробных учебниках сопротивления материалов.

Если выделять из тела в окрестности некой точки(рис. 12.1) элементарный объем в виде бесконечно малогопараллелепипеда, то действие на него окружающей средызаменяется напряжениями, компоненты которых действуют награни параллелепипеда.

В силу закона парности касательных напряженийτ τxy yx= ; τ τyz zy= ; τ τzx xz= . (12.1)

В общем случае в точке имеется только шесть независимыхкомпонент напряжений, которые образуют симметричныйтензор напряжений

Tx xy xz

xy y yz

xz yz z

σ

σ τ ττ σ ττ τ σ

=

. (12.2)

На проходящей через ту же точку произвольноориентированной площадке, нормаль которой ν имеетнаправляющие косинусы l, m, n с осями x, y, z, действуетнормальное напряжение σν и касательное напряжение τν

(рис. 12.2) с равнодействующей Sν. Проекции этойравнодействующей на координатные оси Sνx, Sνy, Sνz связаны скомпонентами напряжений условиями равновесия (формулаКоши):

S l m n

S l m n

S l m n

x x xy xz

y xy y yz

z xz yz z

ν

ν

ν

σ τ τ

τ σ τ

τ τ σ

= + +

= + +

= + +

. (12.3)

Существуют три таких взаимно перпендикулярныхплощадки, на которых касательные напряжения отсутствуют.На этих, так называемых, главных площадках действуютглавные напряжения σ1, σ2 и σ3. При этом имеется в виду, чтоσ1≥σ2≥σ3. Известно также, что главные напряжения обладаютэкстремальными свойствами, а именно – на любой площадкерезультирующее напряжение Sν σ≤ 1 и Sν σ≥ 3 .

Направляющие косинусы lk , mk и nk нормалей главныхплощадок νк определяются из решения системы уравнений:

(σх – σk) lk + τxy mk + τxz nk = 0;τxy lk + (σy – σk) mk + τyz nk = 0;τxz lk + τyz mk + (σz – σk) nk = 0;

lk2 + mk

2 + nk2 = 1. (12.4)

Из (4) следует, что главные напряжения σk (к=1,2,3)


242

являются корнями кубического уравнения:

Detx xy xz

xy y yz

xz yz z

σ σ τ τσ σ σ ττ τ σ σ

−−

−

= 0 . (12.5)

Уравнение (5) в развернутой форме имеет видσ σ σσ σ σ

31

22 3 0− ⋅ − − =I I I(T ) (T ) (T ) , (12.6)

а его коэффициенты являются инвариантами (т.е. не зависят отвыбора системы координат). Первый инвариантI x y z1(T )σ σ σ σ= + + равен утроенному среднему

напряжению (гидростатическому давлению) σ0 .Направление главных площадок может быть

определено не девятью направляющими косинусами, а тремяЭйлеровыми углами:

θ – угол (нутации) между положительными направ-лениями оси Z и ν3 (0≤θ≤π);

ψ – угол (прецессии) между осью X и осью А, идущейвдоль линии пересечения плоскостей XOY и ν1Оν2 так, чтобыОА, Z и ν3 образовали правую тройку, при этом угол ψувеличивается от оси X к оси Y (0≤ψ≤2π);

ϕ – угол (чистого вращения) между осями ν1 и А,который увеличивается от ν1 к ν2 (0≤ϕ≤2π).

Для характеристики НДС используется коэффициентЛоде-Надаи

µ02 3

1 32 1=

−−

−N NN N

,

принимающий значения µ0=1 при чистом сжатии, µ0=0 причистом сдвиге, µ0=−1 при чистом растяжении.

В принятых обозначениях при выводе результатоврасчета тензор напряжений (2) в общем случае выглядит как

TN T TT N TT T N

x xy xz

xy y yz

xz yz z

σ =

(12.7)

В SCAD главные напряжения σ σ σ1 2 3≥ ≥обозначаются как N N N1 2 3≥ ≥ .

Для углов Эйлера введены обозначения:θ – ТЕТА,ψ – PSI,ϕ – FI.


243

12.1 Главные напряжениядля конечныхэлементов различныхтипов

Каждый тип элемента обладает определенными особенностяминапряженно-деформированного состояния (НДС), котороетакже определяет и особенности расположения главныхплощадок.

В зависимости от рассматриваемого типа элемента вкаждой точке, где определены усилия (напряжения),вычисляются главные напряжения и углы, характеризующиеположение главных площадок.

Если результаты выданы в одной точке – то это центртяжести элемента (центр тяжести поперечного сечения телавращения для осесимметричных элементов). Для большегочисла точек вычисления будут проведены в узлах элемента ицентре тяжести.

Пространственная задачатеории упругости

Для решения пространственной задачи теорииупругости предназначены объемные элементы и, как частныйслучай, осесимметричные элементы. Для них с использованиемформул из раздела 12.1 вычисляются:• главные напряжения N1 , N2 и N3.;• углы Эйлера – ТЕТА (θ), PSI(ψ) и FI(ϕ);• коэффициент Лоде-Надаи µ0.• наклона главного напряжения N1 к оси X1.

Элементы балки стенки Для случая плоского НДС (балка-стенка) тензорнапряжений имеет вид:

TN T

T N

x xz

xz z

σ =

00 0 0

0(12.8)

Так как элемент всегда расположен в плоскости XOZ, тодля срединной поверхности его вычисляются только дваглавных напряжения по формуле

NN N N N

Tx z x zxz1 3

22

1 2

2 2,

/

=+

±+

+

. (12.9)

Положение главных площадок характеризуется углом наклонаглавного напряжения N1 к оси X1

ϕ =−

arctgN N

Tx

xz

1 . (12.10)

Если Txz=0, то считается, что ϕ=0, и в этом случаенаправления главных площадок совпадают с осями местной


244

системы координат элемента.

Плиты и оболочки Для плит на срединной поверхности вычисляютсяследующие усилия:• моменты – Mx , My и Mxy;• перерезывающие силы – .Qx и Qy.Для оболочек вычисляются также напряжения – Nx , Ny и Nxy.Тензор напряжений имеет вид

TN TT N

x xy

xy yσ =

00

0 0 0, (11)

так как касательные напряженияT Q h T Q hxz x yz y= =1 5 1 5/ / , / / не учитываются.

Для каждой точки, в которой вычислены усилия,главные напряжения определяются на нижней (Н), срединной(С) и верхней (В) поверхностях. При этом

NxB/H = Nx ± 6Mx/h2,

NyB/H = Ny ± 6My/h2, (12)

NxyB/H = Nxy ± 6Mxy/h2.

Тогда главные площадки для верхней и нижнейповерхности параллельны одна другой, а главные напряженияопределяются по формуле:

NN N N N

Tx y x yxy1

22

1 2

2 2,2

/

=+

±+

+

, (13)

Положение главных площадок характеризуется углом наклонаглавного напряжения N1 к оси X1

ϕ =−

arctgN N

Tx

xy

1 . (14)

Если Txy = 0, то считается, что ϕ = 0, и в этом случаенаправления главных площадок совпадают с осями местнойсистемы координат элемента.

Стержневые элементы Главные напряжения в стержневых элементахопределяются по формуле

σσ σ

τ τ1

22 2

2 4,2 = ± + +x xx y . (12.15)

Здесь σx, τx и τy нормальное и касательные напряжения вхарактерных точках поперечного сечения стержня.

Для того чтобы определить главные напряжения,сечение элемента должно быть задано:• как одно из параметрических сечений (положение

характерных точек для таких сечений показано на


245

рис. 12.1);• или с использованием сортамента металлопроката

(рис. 12.2) изображены допустимые профили изсортамента и характерные точки сечений, в которыхпроизводятся вычисления).

Во всех других случаях главные напряжения невычисляются.

В точках, которые не располагаются на материальнойчасти поперечного сечения (например точка 9 для коробчатогосечения), значения главных напряжений не вычисляются.

Рис. 12.1. Параметрическиесечения


246

Рис.12.2 Прокатные профили


247

12.2 Вычислениеэквивалентныхнапряжений

При простых видах деформации, в частностипри одноосном напряженном состоянии, об опасностидействующих напряжений судят, сопоставляя их сэкспериментально устанавливаемой величиной (спределом текучести для пластических материалов или свременным сопротивлением для хрупких тел). Длясложного напряженного состояния, характеризующегосяглавными напряжениями σ1, σ2 и σ3, обычноиспользуется некоторая гипотеза (теория прочности) опреимущественном влиянии на прочность материалатого или иного фактора. При этом предусматриваетсявозможность сопоставления некоторого эквивалентногонапряжения σе с пределом σ0

+ , который соответствуетпростому одноосному растяжению. Условие невозникно-вения предельного состояния в материале записываетсяв виде ( )σ σ σ σ σe nf k k= ≤ +

1 2 3 1 0, , , ,..., , ,где k1,...,kn – некоторые константы материала, которыемогут и отсутствовать.

Приведем обозначения некоторыхиспользуемых констант:

σ σ σ σ0 1 2 313

= + +( ) – среднее напряжение

(гидростатическое давление);

[ ]σ σ σ σ σ σ σi = − + − + −13 1 2

22 3

23 1

2( ) ( ) ( ) -

интенсивность напряжений;σ σ τ0 0 0

+ −, , – предельные напряжения материаласоответственно при одноосном растяжении, одноосномсжатии и чистом сдвиге;

χ σ σ= + −0 0/ ;

ϕ σ τ= +0 0/ ;

ψ σ τ= −0 0/ ;

λ σ= −1 0/ .Иногда удобнее сопоставлять эквивалентное

напряжение с пределом σ0− , соответствующим

сопротивлению образца материала при простомодноосном сжатии. Соответствующее эквивалентноенапряжение обозначается как σS .

В комплексе реализовано четыре теориипрочности, сведения о которых приведены в таблице.Все они относятся к изотропным материалам и условиямстатического нагружения, когда история поведенияконструкции не сказывается на формулировке условий


248

разрушения.Таблица 12.1

п/n

Теории прочности Выражение для вычисленияэквивалентного напряжения σе.

Сфера применения

1Теория максимальных нор-мальных напряжений

σе=σ1

σs=|σ3|Для хрупких однородныхматериалов (керамика,стекло).

2 Теория наибольших линей-ных деформаций

σе=σ1 – µ (σ2+σ3)σs=|σ3 – µ (σ1+σ2)|

3Теория наибольших каса-тельных напряжений

σе=σ1 – σ3

σs=σеДля пластических материаловс малым упрочнением, длякоторых характернопоявление локальныхпластических деформаций ввиде линий скольжения(отпущенная сталь).

4

Теория октаэдрических каса-тельных напряжений илиудельной энергии формо-изменения

[σ σ σ σe i= = − +

12 1 2

2( )

]+ − + −( ) ( )/

σ σ σ σ2 32

3 12

1 2

σs=σe

Для большинства пласти-ческих материалов (сталь,медь, никель).


249

12.3 Подготовка данныхдля расчета главныхи эквивалентныхнапряжений

Рис. 12.3.1. Диалоговое окноРасчет главных и эквивалентных

напряжений

Исходные данные для расчета главных и эквива-лентных напряжений готовятся в диалоговом окне (рис. 12.3.1),которое вызывается из раздела Специальные исходныеданные Дерева проекта. Расчет можно выполнить как длязагружений, так и для комбинаций загружений. Вид данных,для которых выполняется расчет, назначается путем активи-зации опций, расположенных в верхней части диалоговогоокна. Теория, по которой выполняется расчет, выбирается припомощи кнопок в группе Теория прочности. Результатырасчета можно вывести на печать в табличной форме израздела Дерева проекта Печать таблиц или вДокументаторе.

Для пластинчатых элементов в режиме графическогоанализа результатов предусмотрено построение изолиний иизополей главных и эквивалентных напряжений, а такжеотображение направлений главных площадок.

1 3 . У с т о й ч и в о с т ь

251

13. Устойчивость

Для каждого указанного пользователем загружения(или комбинации загружений) SCAD позволяет определить:• коэффициент запаса устойчивости;• первую форму потери устойчивости (без анализа

кратности);• свободные длины стержневых элементов.

13.1 Постановка задачи Задача устойчивости решается в классическойпостановке для упругой системы и в предположении, что всеприложенные к системе внешние нагрузки (следовательно, ивнутренние силы) растут пропорционально одному и тому жепараметру λ. То значение параметра λ, при котором матрицажесткости системы А(λ) впервые перестает быть положи-тельно определенной, является критическим, а соответ-ствующее значение λ — коэффициентом запаса устойчивости(КЗУ). Матрица жесткости А(λ) = Ao - B(λ) состоит из“обычной” матрицы жесткости Ao и матрицы “толкающих”реакций B(λ), которые определяются сжимающими силами встержнях, напряжениями сжатия в конечных элементах оболо-чечного типа и т.п. Напоминаем, что положительная опреде-ленность матрицы жесткости означает, что при любыхзначениях узловых перемещений и поворотов u потенциальнаяэнергия системы положительна (это значит, что длядеформирования системы необходимо затратить энергию и,следовательно, она оказывает сопротивление деформированию,она является отпорной).

Если система теряет устойчивость, она теряетотпорность и ее матрица жесткости становится вырожденной (снулевым детерминантом), а в закритическом состояниисистема получает отрицательную отпорность (при ее принуди-тельном деформировании выделяется ранее накопленнаяпотенциальная энергия “толкающих” реакций) и ее матрицажесткости становится знаконеопределенной.

Таким образом, задача оценки устойчивости равно-весия сводится к проверке положительной определенностиматрицы жесткости при пробном значении коэффициента λ .

Необходимо отметить, что с помощью проверокматрицы жесткости можно отыскать только те критическиесостояния, при которых потеря устойчивости происходит по


252

форме, когда узловые перемещения и повороты не все вместеравны нулю (это так называемая явная форма потериустойчивости). Нужно еще проверить, что при пробномзначении λ не может произойти так называемая скрытая формапотери устойчивости, которая реализуется в пределах одногоконечного элемента и не вызывает узловых перемещений иповоротов. Поскольку для всех типов конечных элементовсоответствующие критические величины λкр известны (онивычисляются по простым формулам), то это значит, чтоследует, кроме всего прочего, проверить неравенство λ > λкрдля всех конечных элементов.

13.2 Поиск коэффициентазапаса устойчивости

Поиск коэффициента запаса устойчивости (КЗУ)ведется в интервале [0,Λ], где Λ - число, заданноепользователем, (оценка того значения КЗУ, которое считаетсяуже безразличным для оценки качества системы) и с точностьюε, которая также задается пользователем.

При этом решается задача определения минимальногоλ, при котором происходит вырождение матрицы А(λ).

Матрица А(λ) составляется из матриц устойчивостиотдельных конечных элементов. Если в системе нет ни одногоэлемента, способного терять устойчивость (например, встержневой системе все стержни растянуты), то выдаетсясообщение, что система "абсолютно устойчива".

Далее проверяется устойчивость системы при λ = Λ(т.е. положительная определенность матрицы А(Λ)). Если этоусловие выполнено, то выдается сообщение о том, что КЗУбольше заданного максимума.

Если условие положительной определенности А(Λ) невыполнено (об этом свидетельствуют отрицательные значенияна главной диагонали матрицы жесткости, преобразованной впроцессе решения системы уравнений), производится анализположительной определенности матрицы А(Λ/2),..., т.е.используется стандартный метод половинного деления. Этотпроцесс продолжается до тех пор, пока не найден интервал (λ1,λ2) такой, что λ2 - λ1 ≤ ε и матрица А(λ1) положительноопределена, а матрица А(λ2) этим свойством не обладает. Приэтом величина λ1 считается КЗУ.

При составлении матрицы устойчивости для каждогоконечного элемента (способного терять устойчивость)вычисляется значение λкр, которое приводит к потереустойчивости КЭ. Если min λкр < Λ, интервал поискасокращается, а номер элемента, для которого достигается minλкр, сообщается в протоколе.


253

13.3 Форма потериустойчивости

В предположении, что определенный на первом этапекоэффициент запаса устойчивости является точным, SCADпроизводит решение задачи об определении собственноговектора при известном собственном значении задачи

(A - B(λ1)) u = 0. (а)Заметим, что правые части системы равны нулю, т.е.

отыскиваются такие значения узловых перемещений и пово-ротов u, которые вызываются только внутренними сжимающи-ми напряжениями и усилиями. Поперечные нагрузки, какизвестно, не влияют на значения критических сил и вид формыпотери устойчивости. Поскольку уравнение (а) решено принулевой правой части, то форма потери устойчивостиопределена лишь с точностью до множителя. Ее уменьшениеили увеличение в любое число раз не нарушает условие (а).

13.4 Свободные длиныЕсли в системе имеются стержневые элементы, то

можно определить их свободные длины, т.е. длины таких же,но шарнирно опертых стержней, у которых критическаясила Nкр совпадает с продольным усилием в стержнесистемы в момент потери устойчивости (Nкр=λ1*N).Поскольку по формуле Эйлера Nкр = π2EJ / l2, свободнаядлина будет lo = (λ1N / π2EJ )1/2,где EJ - жесткости стержней в главных плоскостях инерции(для пространственной задачи - по две для каждого стержня).


254

13.5 Ввод данных

Рис. 13.5.1. Диалоговое окноПроверка устойчивости

Ввод данных для проверки устойчивости выполняетсяв одноименном диалоговом окне (рис. 13.5.1), котороевызывается из раздела Специальные исходные данные вДереве проекта. Для ввода данных необходимо выполнитьтакие операции:

Ä с помощью комбинаторных кнопок задать режимпроверки - вычисление коэффициента запасаустойчивости, форм потери устойчивости исвободных длин стержневых элементов;

Ä в полях Масштабный множитель и Точностьвычислений следует ввести соответствующиезначения (по умолчанию приняты 2 и 0.01);

Ä активизировать опции, определяющие вид данных,для которых выполняется проверка устойчивости:по загружениям или по комбинациям загружений,для всех загружений (комбинаций) или только длявыбранных; в последнем случае выбор нужныхданных выполняется в списке загружений(комбинаций).

Масштабный множитель - параметр используетсядля ограничения интервала поиска коэффициента запасаустойчивости. Если его значение больше заданного, системасчитается устойчивой.

Точность вычислений - параметр задает критерийокончания итерационного процесса поиска коэффициентазапаса устойчивости. При очень малых значениях этогопараметра время расчета может существенно увеличиться.

Для удаления подготовленных данных и отказа отанализа устойчивости используется кнопка Удаление данных.

1 4 . С п е к т р ы о т в е т а

255

14. Спектры ответа

14.1 Расчет насейсмическиевоздействия

Выведенный из положения равновесия линейныйнеконсервативный осциллятор совершает затухающиеколебания, которые описываются дифференциальнымуравнением

&& & ,x x x+ + =2 02ϕ ω ω (14.1)где

ω – собственная круговая частота системы беззатухания (рад/с);

ϕ – относительное демпфирование. При ϕ < 1 решениеуравнения (1) имеет видx Ae tt

D= +−ϕω ω αsin( ) ,где

ω ω ϕD = −1 2 – частота с учетом затухания,А, α – коэффициенты, которые зависят от начальных

условий.Обычно для строительных конструкций ϕ<<1 и

практически ω ωD ≈ .Если на массу действует сила F(t), то ее перемещения

описываются уравнением&& & (t) / ,x x x F m+ + =2 2ϕ ω ω (14.2)

общее решение которого при нулевых начальных условияхможно записать с помощью интеграла Дюамeля

( ) ( )[ ] ( )xm D

F t t z t z dzt

D= − − −∫1

0ω

ρω ωexp sin (14.3)

При движении основания с ускорением && (t)x 0

(кинематическое возмущение) на массу m действуетпереносная сила инерции F mx(t) && (t)= − 0 . Поэтомууравнение, описывающее относительные перемещения массы всистеме координат, связанной с основанием, имеет вид

&& & && (t)x x x x+ + = −2 20ϕω ω , (14.4)

а его решение

x x e z dzD

t zD

t

= − −− −∫1

0ω

ωϕω&&(t) sin (t )( ) (14.5)

При определении абсолютного ускорения массы&& &&x x xα = + 0 получаем при обычных малых значениях ϕ, что

&&x xDα ω≈ − 2 (14.6)Нами рассматриваются колебания линейных


256

дискретных систем со многими степенями свободы,полученные из любых континуальных или комбинированныхсистем после применения к ним процедуры дискретизацииметода конечных элементов (МКЭ). При этом решаетсясистема обыкновенных дифференциальных уравнений

[ ] [ ] M u K u&& ,+ = 0 (14.7)где u – вектор перемещений;

[M] – матрица массы;[K] – матрица жесткости.

Вынужденные колебания линейной дискретной системы сзатуханием по гипотезе Фойгта-Кельвина описываютсясистемой обыкновенных дифференциальных уравнений

[ ]&& [ ]& [ ] (t)M u C u K u F+ + = , (14.8)где [C] – матрица диссипации энергии;

F(t) – вектор нагрузки.В случае кинематического возмущения в качестве

нагрузки выступают переносные силы инерции и системауравнений (14.8) записывается в виде

[ ]&& [ ]& [ ] [ ] && (t)M u C u K u M I x+ + = − 0 , (14.9)где u – вектор относительных перемещений (например,в системе координат xOy, связанной с основанием);

I – вектор, компонентами которого являютсякосинусы углов между направлениями перемещений покоординатам и вектором ускорения основания;

&& (t)x 0 - ускорение основания.Решение уравнения (14.9) отыскивается в виде

разложения его по формам собственных колебаний системы(так называемая “модальная суперпозиция”)

(t)u j jj

n

==∑ Φ Ψ

1

, (14.10)

где n – число степеней свободы системы (учитываемыхсобственных чисел и векторов);

Φ j – j-я форма собственных свободных колебаний

дискретной системы;Ψj(t) – неизвестные функции времени, которые

необходимо определить.Будем предполагать, что для матрицы диссипации [С]

выполняется условие

Φ Φ

Φ Φi

Tj

i i iT

i

Ci j

M i j[ ]

,

[ ] ,=

≠

=

0

2ϕ ω

где ωi – i-я собственная частота дискретной системы.После подстановки (14.10) в (14.9) и умножения (14.9)

на вектор Φ iT для нахождения Ψi (t) получаем

дифференциальное уравнение


257

&& && (t)Ψ Ψ Ψ+ + = −2 20ϕ ω ωi i i i i iD x , (14.11)

где

D

M I

Mxi

iT

iT

i

=Φ

Φ Φ

[ ]

[ ]&& (t)0

Для определения инерционных нагрузок наконструкцию необходимо знать абсолютные ускорения ееточек:

( ) && && && (t) && (t) && (t) && (t)u u I x D xa ii

n

j i ii

n

ja= + = + == =∑ ∑0

10

1

Φ Ψ Φ Ψ

Сейсмические колебания дискретных систем описываются системами дифференциальных уравнений (8) с несколько более общим видом правой части:[ ]&& [ ]& [ ] [ ](& && ( ) & && ( ) & && ( )M u C u K u M I x t I y t I z tx y z+ + =− + +0 0 0 , (14.12)

где && (t) , && (t)x y0 0 и && (t)z0 – компоненты расчетнойакселерограммы. Если какая-либо из компонент неучитывается, то соответствующая часть нагрузки из (14.12)исключается.


258

14.2 Поэтажныеакселерограммыи спектры ответа

При анализе сейсмостойкости оборудования необ-ходимо определить действующие на него инерционные сейс-мические нагрузки. Принят метод раздельного рассмотрениясейсмических колебаний здания и оборудования сиспользованием так называемых поэтажных акселерограмм ипоэтажных спектров ускорений – акселерограмм и спектров,рассчитанных для точек крепления оборудования.

Расчет производится следующим образом:• определяются (вычисляются) вынужденные колебания

сооружения при сейсмическом воздействии, заданномрасчетной акселерограммой на грунте;

• определяются законы изменения абсолютных ускоренийвыбранных точек конструкции;

• принимая акселерограммы в качестве возмущающеговоздействия, рассчитывают вынужденные линейныеколебания линейных неконсервативных осцилляторов, инаходят зависимость модулей их максимальныхабсолютных ускорений от их собственных частот икоэффициентов диссипации.

Таким образом, для каждой исследуемой точки решаетсяуравнение (2), в котором:• зафиксирован коэффициент диссипации ϕ;• нагрузкой является вычисленное возмущающее

воздействие от расчетной акселерограммы;• наборы собственных частот осциляторов при расчете

спектра ответа зафиксированы и приведены в таблице 14.1.

Таблица 14.1.Частотный диапазон (гц) Приращения (гц)0.2 – 3.03.0 – 3.63.6 – 5.05.0 – 8.08.0 – 15.015.0 – 18.018.0 – 22.022.0 – 34.0

0.100.150.200.250.51.02.03.0

К приведенным в табл. 14.1 значениям частотнеконсервативных осцилляторов добавляются еще собственныечастоты рассчитываемой конструкции. Это делается для того,чтобы учесть возможность резонанса с ними.

Для каждого указанного осцилятора находятсярешения на всем диапазоне действия акселерограммы ивыбирается максимальное по абсолютной величине, которое иявляется спектром ответа данной точки на действие даннойакселерограммы.


259

14.3 Ввод данных и анализрезультатов

Рис. 14.3.1. Диалоговое окноСпектры ответа

Рис. 14.3.2. Диалоговое окноРезультаты

Окно постпроцессора Спектры ответа (рис. 14.3.1)содержит список с номерами узлов, для которых необходимовычислить спектры ответа (Список узлов). Именаакселерограмм, по которым необходимо выполнить расчетспектров, выбираются из списка имеющихся (Исходные) ипереносятся в список используемых в расчете (Выбранные) спомощью кнопки Добавить. Если случайно выбрана не таакселерограмма, то ее можно убрать из списка Выбранныекнопкой Вернуть. Кроме того для расчета необходимоустановить направление действия, ввести коэффициентдиссипации (в диапазоне от 0 до 1) и, если это необходимо,задать коэффициенты диссипации по формам (например, для4-х форм следует ввести через пробел четыре числа). Есливведено меньше значений, чем задано форм, то последнеевведенное значение будет отнесено ко всем последующимформам.

Выбор загружений, для которых выполняется расчет,осуществляется в списке, размещенном в нижней части экрана.

Расчет выполняется после подготовки всех данныхнажатием кнопки ОК. После окончания расчета открываетсядоступ к кнопке Результаты.

Просмотр результатов и их документированиевыполняется в диалоговом окне Результаты. Для построенияспектров необходимо назначить номер узла, номер загруженияи имя акселерограммы. Программа позволяет получить наодном графике спектры по одному или несколькимнаправлениям, во всем диапазоне частот или в заданном.Полученные графики и результаты расчета могут бытьвыведены на принтер кнопками Печать графиков иРезультаты (таблицы) соответственно.


260

14.4 Подготовка файловакселерограмм

Файлы акселерограмм находятся в корневом каталогеПВК SCAD и имеют расширение SPC. При передачепользователям постпроцессора поставляются для примерачетыре стандартные акселерограммы.

Рассмотрим пример задания акселерограммы:

Расчетная акселерограмма в cм/(c*c) для ПЗ на площадкеатомного реактора.Компонента – SH. Mодель – 1c. Amax = 45.1 cм/(c*c).Количество точек N = 2047; Шаг по времени Dt = 0.05000 c.

#0.01 2047 0.05

0.0 0.0 0.1 0.3 0.4 0.6 0.5 0.0 –2.1 –2.6 …

После символа # следуют:• коэффициент перевода заданных ускорений в м/ceк2 ;• количество точек;• шаг по времени;• значения ускорений.

Аналогичным образом может быть подготовлен файл снужной акселерограммой (файл с расширением SPC следуетпоместить в каталог с исходными данными). Дляиспользования акселерограмм, поставляемых в составекомплекса, соответствующие файлы необходимо скопироватьиз каталога SCAD в каталог с исходными данными.

1 5 . Р а с ч е т н а г р у з о к о т ф р а г м е н т а с х е м ы

261

15. Расчет нагрузок от фрагмента схемы

Если мысленно отделить часть конструкции, то еедействие на оставшуюся часть сводится к некоторымнагрузкам. Постпроцессор расчета нагрузок от фрагментасхемы позволяет определить нагрузки в заданных узлах ототделенной части схемы, например, от наземной частирасчетной схемы на фундаменты.

В качестве исходных данных для расчета служатгруппы узлов, в которых необходимо получить нагрузки, игруппы элементов, приходящих в эти узлы. При расчетенагрузок на фундаменты задается также угол поворота участкафундамента вокруг оси Z, если оси инерции колонн несовпадают с осями фундамента под этими колоннами.Нагрузки могут быть вычислены как для каждого загружения,так и для комбинаций загружений.


262

15.1 Ввод исходных данныхПодготовку данных для расчета можно выполнить как

при формировании расчетной схемы, так и в процессе графи-ческого анализа результатов. Выполняется это путем заданиягрупп узлов и элементов в разделе инструментальной панелиГруппы. Дополнительная информация задается в разделеСпециальные исходные данные Дерева проектаобращением к операции Нагрузки от фрагмента схемы.

Исходные данные можно задать двумя способами.Первый – предполагает задание элементов, от которыхнеобходимо получить нагрузки (разрезаемые элементы) иявное задание узлов, в которых нагрузки будут получены. Привтором способе отмечается весь изолируемый фрагмент.Нагрузки от него на остальную часть конструкции, включаяреакции в связях, будут получены во всех узлах, лежащих награнице выделенного фрагмента. К числу узлов, лежащих награнице фрагмента, относятся узлы, примыкающие к частисхемы, не вошедшей во фрагмент, а также узлы, в которыхналожены связи.

При первом способе рекомендуется придерживатьсятакого порядка действий при подготовке исходных данных:

Ä в разделе Группы активизировать функцию задания

групп элементов – ;Ä отметить на схеме элементы (например, все или

только элементы, примыкающие к узлам, в которыхбудут получены нагрузки);

Ä сохранить группу элементов, задав ей имя – ;

Ä активизировать функцию задания групп узлов – ;Ä отметить на схеме узлы, в которых необходимо

получить нагрузки;

Ä сохранить группу узлов, задав ей имя – ;Ä повторить две предыдущие операции для каждой

группы узлов, принадлежащих другим участкамсхемы.

Порядок действий при использовании второго способаповторяет первые три операции, описанные выше. Однако присохранении группы элементов инициируется операция Создатьсопряженную группу узлов, при выполнении которой группаузлов, лежащих на границе выделенного фрагмента, будет


263

сформирована автоматически.Расчет нагрузок может быть выполнен как в общем

цикле решения задачи, так и самостоятельно в режимепостпроцессора. В первом случае исходные данные для расчетадолжны быть подготовлены до выполнения расчета. Во втором- их можно подготовить и после завершения основного расчета.

Назначение групп узлов и элементов следуетвыполнять после упаковки данных.


264

15.2 Описание фрагментов

Рис. 15.2.1. Диалоговое окноНагрузки от фрагмента схемы

Для того чтобы выполнить расчет нагрузок отфрагмента схемы, следует задать дополнительнуюинформацию, которая определяет режим выполнения расчета(по загружениям и/или по комбинациям загружений),элементы, приходящие в узлы, в которых вычисляютсянагрузки, а также сами узлы.

Дополнительная информация задается в разделеСпециальные исходные данные Дерева проектаобращением к операции Нагрузки от фрагмента схемы.После активизации этой операции появляется одноименноедиалоговое окно (рис. 15.2.1). Рекомендуется следующийпорядок работы в нем:

Ä установить режим выполнения расчета – позагружениям и/или по комбинациям загружений;

Ä выбрать в списке групп элементов группу, котораязадана для выполнения расчета нагрузок отфрагмента схемы;

Ä нажать кнопку [<<] и тем самым загрузить в окноСписок элементов номера элементов выбраннойгруппы;

Ä нажать кнопку Новый участок (здесь имеется ввиду, например, часть фундамента, в узлахкоторого вычисляются нагрузки) ;

Ä выбрать в списке Группы узлов имя группы,принадлежащей первому участку; нажать кнопку[<<] и тем самым загрузить список узловвыбранной группы в окно Список узлов;

Ä ввести угол поворота участка фундамента, которо-му принадлежат узлы первой группы, вокруг оси Zобщей системы координат (по умолчанию 0°).

Если предусмотрен расчет нескольких участков фун-дамента с разными углами ориентации относительно осейобщей системы координат, то необходимо нажать кнопкуНовый участок и повторить все описанные выше действия сгруппами узлов для нового участка, задав его угол ориентации,и т.д. Завершить ввод данных нажатием кнопки OKдиалогового окна.

Набор узлов каждого участка можно откорректироватьнепосредственно в списке Группы узлов. Кроме того, преду-смотрена возможность удаления ошибочно заданных участков.Для этого необходимо установить номер удаляемого участка инажать кнопку Удалить участок. Если необходимо исключитьрасчет нагрузок от фрагмента схемы, следует нажать кнопкуУдалить данные.

Не допускается наличие одинаковых номеровузлов в разных группах.

1 6 . А р м и р о в а н и е с е ч е н и й ж е л е з о б е т о н н ы х э л е м е н т о в

265

16. Армирование сечений железобетонных элементов

Постпроцессор предназначен для подбора арматуры вжелезобетонных элементах по предельным состояниям первойи второй групп в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции.

Расчет пpоизводится для железобетонных констpукций,выполняемых из тяжелого, мелкозеpнистого и легкого бетонов спpименением аpматуpной стали классов А-I, A-II, A-III, A-IV,A-V, A-VI и аpматуpной пpоволоки класса Вр-I.

Постпроцессор pаботает как в pежиме подбоpаарматуры железобетонного сечения, так и в pежиме проверкизаданного армирования.

Библиотека постпроцессора содеpжит четыре модуляармирования:• модуль 1 (Стержень 2D) – для армирования плоских

стержневых железобетонных элементов прямоугольного,тавpового, двутавpового и кольцевого сечений попредельным состояниям первой и второй групп;

• модуль 2 (Стержень 3D) – для армированияпpостpанственных стержневых железобетонных элементовпрямоугольного, таврового, двутаврового сечений попpедельному состоянию первой группы;

• модуль 11 (Плита. Оболочка) – для армированияжелезобетонных оболочек по предельным состояниямпервой и второй групп.

• модуль 21 (Балка-стенка) – для армированияжелезобетонных балок-стенок по предельным состояниямпервой и второй групп.

Исходными данными для pаботы постпроцессораявляются:• геометpия аpмиpуемого сечения;• pасчетные сочетания усилий;• информация о марке бетона, классе арматуры, расстояние до

центра тяжести арматуры и т.п.Исходные данные задаются в диалоговом окне

постпроцессора.Результатом работы постпроцессора являются площади

"размазанной" арматуры. Результаты могут быть представленыв виде таблиц и графических материалов, выводиться на экpанили печать.


266

Ограничения реализации При использовании постпроцессора следует учитыватьнекоторые ограничения реализации:• не реализован расчет сечений из ячеистого, поризованного

и напрягающего бетонов;• не выполняется расчет предварительно напряженных

железобетонных элементов;• не выполняется расчет элементов по предельному

состоянию по деформациям и на выносливость;• набор сечений ограничен прямоугольником, тавром,

двутавром и кольцевым сечением;• не контролируется предусмотренное СНиП 2.03.01-84

(п. 16.17) ограничение на диаметр арматуры при бетонахнизких марок; максимальный диаметр арматуры задаетсяпользователем;

• не контролируется предельная ширина полок таврового идвутаврового сечений; расчетная ширина полок задаетсяпользователем в соответствии с требованиями п. 3.16СНиП 2.03.01-84;

• не учитывается коэффициент γs5 для высокопрочнойарматуры классов A-IV, A-V, A-VI, В-11, ВР-11, К7, К-19при напряжениях выше условного предела текучести(табл. 24 СНиП 2.03.01-84);

• при проверке по второму предельному состоянию расчет позакрытию трещин не производится.


267

16.1 Общие сведенияо модуляхармирования

Модуль 1 (Стержень 2D)

а б

в г

д е

Предназначен для армирования или проверкизаданного армирования сечений стержневых железобетонныхэлементов по предельным состояниям первой и второй групп(прочность и тpещиностойкость). Модуль pассчитываетстержни прямоугольного, тавpового, двутавpового и кольцевогосечений на изгиб и внецентренное сжатие (pастяжение) скpучением. Кольцевое сечение рассчитывается только попредельным состояниям первой группы.

В сечении могут действовать следующие силовыефакторы:• ноpмальная сила – N;• кpутящий момент – Mk;• пеpеpезывающая сила – Qz;• изгибающий момент – My.

Результатом pаботы модуля являются площадисимметричной и несимметричной продольной аpматуpы, атакже площадь и шаг поперечной аpматуpы. На рис. 16.1.1а-гдля различных типов сечений приведено расположение иидентификация несимметричной, а на рис. 16.1.1д-ж –симметричной продольной аpматуpы. Естественно, чтосимметричная арматура может быть подобрана только длясечений симметричных относительно оси Y1.

Схема расположения поперечной арматуры длясечений различного типа приведена в разделе 16.3.

ж

Рис.16.1.1. Виды сечений с несимметричным (а-г) и симметричным (д-ж) расположениемпродольной арматуры


268

Модуль 2 (Стержень 3D)

а б

в г

Предназначен для армирования или проверкизаданного армирования сечений стержневых железобетонныхэлементов по предельным состояниям первой группы(прочность). Модуль рассчитывает стержни прямоугольного,таврового, двутаврового и кольцевого сечений на косой изгиб икосое внецентренное сжатие (растяжение) с кручением.Рассматривается пространственная работа стержня. При этомв сечении действуют следующие силовые факторы:• нормальная сила – N;• крутящий момент – Mk;• перерезывающая сила – Qz, Qy;• изгибающий момент – My, Mz.

В pезультате pаботы модуля получаются площадьпродольной, а также площадь и шаг поперечной аpматуpы.

На рис. 16.1.2а-г для различных типов сеченийприведено расположение и идентификация несимметричной, ана рис. 16.1.2д-ж – то же для симметричной продольнойаpматуpы. Cимметричная арматура может быть подобранатолько для сечений, симметричных относительно оси Y1.

д е ж

Рис. 16.1.2. Виды сечений с несимметричным (а-г) и симметричным (д-ж) расположениемпродольной арматуры


269

Модуль 11 (Плита. Оболочка)

Рис. 16.1.3. Армирование элементовжелезобетонной оболочки

Модуль предназначен для армирования или проверкизаданного армирования железобетонных оболочек и плит попредельным состояниям первой и второй групп (прочность итpещиностойкость). Модуль pассчитывает элемент железо-бетонной оболочки на действие следующих силовых фактоpов,вычисленных в центpе элемента:• ноpмальные напpяжения – Nx, Ny;• касательные напpяжения – Txy;• кpутящий момент – Mxy;• пеpеpезывающие силы – Qx, Qy;• изгибающие моменты – Mx, My.

В pезультате pаботы модуля вычисляются площадивеpхней и нижней продольной аpматуpы, а также площади ишаги поперечной аpматуpы. На рис. 16.1.3 для сеченийэлемента железобетонной оболочки приведено pасположение иидентификация веpхней и нижней продольной аpматуpы, атакже поперечной арматуры.

Модуль 21 (Балка-стенка)

Рис. 16.1.4. Армирование элементовбалки-стенки

Предназначен для армирования или проверкизаданного армирования железобетонных балок-стенок(элементов, работающих в плоском напряженном состоянии)по предельным состояниям первой и второй групп (прочность итpещиностойкость). Модуль рассчитывает элементжелезобетонной балки-стенки на действие следующих силовыхфакторов, вычисленных в центре элемента:• нормальные напряжения – Nx, Nz;• касательные напpяжения – Txz.

В pезультате pаботы модуля вычисляются площадиаpматуpы, работающей в сечениях ортогональных к локальнымосям местной системы координат X1 и Z1. На рис. 16.1.4 длясечений элемента железобетонной балки-стенки показаноpасположение и идентификация подбираемой аpматуpы.


270

16.2. Работас постпроцессором

Подготовка данных

Рис. 16.2.1. Диалоговое окноАрмирование

Страница Характеристики групп

Рис. 16.2.2. Страница Бетон

Функциональные модули постпроцессора работаютпосле расчета напряженно-деформированного состоянияконструкции по загружениям. При этом необходимопредварительно вычислить РСУ. Рекомендуется следующийпорядок работы с постпроцессором при работе с новойрасчетной схемой:Ä после выполнения расчета задачи (включая РСУ) под-

готовить в режиме графического анализа результатовгруппы данных для подбора арматуры (см. Главу 7);

Ä в Дереве проекта активизировать выполнениефункции Бетон;

Ä в многостраничном диалоговом окне Армирование(рис. 16.2.1) активной является страница Характерис-тики групп;

Ä нажать кнопку Импорт всех групп, в результате чегоподготовленные группы с номерами элементов будутавтоматически введены в постпроцессор;

Ä установить в диалоговом окне необходимыехарактеристики для подбора арматуры элементовпервой группы;

Ä активизировать закладку Бетон (рис. 16.2.2) и задатьхарактеристики бетона для элементов первой группы;

Ä активизировать закладку Арматура (рис. 16.2.3) изадать характеристики арматуры для элементов первойгруппы. Обратите внимание, что при задании данныхдля Модуля 21 (балка-стенка) класс продольнойарматуры соответствует арматуре вдоль оси Х1, апоперечной – вдоль оси Z1;

Ä если предполагается выполнять расчет по второмупредельному состоянию (подбору арматуры по тре-щиностойкости), надо активизировать опцию Подборпо трещиностойкости и открыть страницуТрещиностойкость (рис. 16.2.4);

Ä задать данные, необходимые для расчета попредельному состоянию второй группы;

Ä для записи в проект введенной информацииактивизировать закладку Характеристики групп инажать кнопку Сохранить;

Ä из списка номеров групп выбрать номер следующейгруппы и повторить для нее все ранее описанныедействия.Вся информация, задаваемая на странице Харак-

теристики групп и других страницах, относится к группе,номер которой установлен в списке Номер группы.


271

Рис. 16.2.3. Страница Арматура

Рис. 16.2.4. СтраницаТрещиностойкость

При подготовке данных и их корректировке кгруппам можно обращаться в произвольном порядке,а список элементов, принадлежащих группе, можетбыть откорректирован в одноименном поле настранице Характеристики групп.

Если характеристики бетона, арматуры и другиеданные нескольких групп совпадают, вместо их заполненияможно воспользоваться функцией Группа-аналог. Для этогоследует выбрать из списка номер ранее подготовленнойгруппы. Параметры группы-аналога будут назначенысоответствующим параметрам текущей группы. Это не значит,что нельзя изменить введенную информацию. Любые характе-ристики после их загрузки из группы-аналога могут бытьизменены.

При подготовке данных на страницах Бетон иТрещиностойкость следует обратить внимание на следующее:Характеристики бетона:1. при выборе легкого бетона сначала следует выбрать марку

по средней плотности, а затем класс бетона и заполнитель;Данные для подбора арматуры по трещиностойкости:1. сначала следует установить категорию трещиностойкости;1. если выбрана 1-я категория, то другие данные не задаются1. если выбрана 3-я категория, то следует последовательно за-

дать условия эксплуатации конструкции, режим влажностибетона и влажность воздуха окружающей среды, после чегодопустимая ширина раскрытия трещин будет установленаавтоматически (при необходимости ее можно изменить);

1. обязательно задаются предполагаемые диаметры стержнейпродольной и поперечной арматуры, которые не имеютзначений по умолчанию. Эта информация используется привычислении ширины раскрытия трещин, нормальных инаклонных к продольной оси элемента по формулам (144) и(152) СНиП [1]. Диаметр стержней продольнойарматуры используется при вычислении шириныраскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента(формула 144 [1]). Размерность – мм. Диаметр стержнейпоперечной арматуры используется при вычисленииширины раскрытия трещин, наклонных к продольной осиэлемента (формула 152 [1]). Размерность – мм;

1. в случае многорядного армирования обязательно надозадать расстояние до центра тяжести крайнего рядастержней продольной арматуры для корректировкиширины раскрытия трещин по формуле (145) СНиП [1] (поумолчанию - А1).

Если при конструировании будут приняты другиедиаметры стержней, то необходимо выполнитьперерасчет с целью проверки ширины раскрытиятрещин.


272

Проверка заданногоармирования

Рис. 16.2.5. Страница Проверка заданного армирования

Кроме подбора арматуры в постпроцессоре преду-смотрен также режим проверки заданного армирования. Дляподготовки данных активизируется одноименный маркер настранице Характеристики групп. На странице Проверказаданного армирования (рис. 16.2.5) задается номерпоследнего проверяемого сечения элементов группы(естественно, подразумевается, что в группе заданы элементы,у которых совпадают жесткостные характеристики иколичество сечений). Если проверяется каждое сечение, тозаполняются соответственно столько строк в таблице, сколькозадано сечений.

Если задана информация для проверки арматуры, топараметры заданной арматуры принимаются стартовыми приподборе.

В зависимости от модуля армирования в таблицувводится следующая информация:• Для стержня 2D – значения AS1, AS2, AS3, AS4 задаются

для несимметричного армирования в соответствии срис. 16.1.1а-г Для симметричного армированию значенияАS1 = АS2, в позициях AS3 и AS4 задаются два числа,сумма которых равна АS3 (см. Рис. 16.1.1д-ж).

• Для стержня 3D – значения AS1, AS2, AS3, AS4 задаютсядля несимметричного армирования в соответствии срис. 16.1.2а-г Для симметричного армированию значенияАS1 = АS2, в позициях AS3 и AS4 задаются два числа,сумма которых равна АS3 (см. Рис.16.1.2д-ж).

• Для плиты и оболочки в позициях AS1 – AS4 задаютсяпроверяемые площади сечений продольной арматуры AS1(нижняя по X), AS2 (верхняя по X), AS3 (нижняя по Y),AS4 (верхняя по Y) в соответствии с рис.16.1.3.

• Для балок-стенок в позициях AS1 и AS2 задаются два числаАS1 (по X) и АS2 (по Z) (см. Рис. 16.1.16). Размерность –квадратные сантиметры.

• В позициях ASW1, ШАГ, ASW2, ШАГ задаются величиныпроверяемых площадей сечений хомутов при определенномрасстоянии между ними по длине элемента. ASW1 – шаграсстановки в плоскости X1ОZ1 для стержней и плит;ASW2 – шаг расстановки в плоскости X1ОY1 для стержнейи в плоскости Y1ОZ1 – для плит. Размерность – квадратныесантиметры, сантиметры.


273

Другие возможностиподготовки данных

Рис. 16.2.6. Диалоговое окноИмпорт списка элементов группы

Кроме описанного выше стандартного способаподготовки данных, возможны и другие. Например, можно неготовить группы, а выполнить эту работу непосредственно впостпроцессоре подбора арматуры. В окне Характеристикигрупп работа начинается с создания первой группы. Для неевводятся список элементов, другие характеристики группы идальше по уже известному сценарию – Бетон, Арматура …

Если групп несколько, то после сохранения введеннойгруппы вновь нажимается кнопка Новая группа ивыполняются операции ввода параметров очередной группы.

Но и этим способом не ограничиваются возможностиподготовки данных. Можно проводить подбор арматуры не длявсех, заданных в режиме графического анализа групп, а толькодля части из них. Для этого следует на страницеХарактеристики групп нажать кнопку Импорт однойгруппы.

Если исходные данные для подбора арматуры былиподготовлены ранее, то списки элементов групп можнодополнить, присоединив к ним элементы других групп. Дляэтого необходимо:• активизировать корректируемую группу и нажать кнопку

Импорт одной группы;• в появившемся диалоговом окне Импорт списка

элементов группы (рис. 16.2.6) выбрать группу, элементыкоторой дополняют список активной группы;

• если выбрана опция Корректировка группы, то посленажатия кнопки ОК все элементы выбранной группы будутдобавлены в список элементов активной группы;

• если была установлена опция Новая группа, то на базевыбранного списка будет создана новая группа, длякоторой необходимо задать все данные.

Для удаления группы необходимо загрузитьудаляемую группу, выбрав ее номер в списке, затем нажатькнопку Удалить. При этом происходит перенумерацияоставшихся групп и список сокращается.

Дополнительная информацияпо исходным данным

При подготовке исходных данных некоторые значенияможно не задавать - они принимаются по умолчанию. Вчастности, умолчабельные значения предусмотрены дляследующих параметров:• коэффициент условий работы бетона γβ2, учитывающий

длительность действия нагрузки. Величина коэффициентазадается равной 1 или 0.9 (поз.2а табл.15 [1]). Поумолчанию принимается равным 1. В тех случаях, когда поусловиям расчета необходимо принять другое значение для


274

этого коэффициента, следует вносить соответствующиекорректировки в коэффициент γβ;

• коэффициент условий работы бетона γβ, учитывающийостальные (без учета γβ2) вводимые в расчет коэффициентыусловий работы бетона из табл.15 [1]. Его величина равнапроизведению этих коэффициентов. По умолчаниюпринимается равным 1;

• коэффициент условий твердения бетона. Если величинаначального модуля упругости бетона отличается оттабличного значения, то задается коэффициент, с помощьюкоторого выполняется корректировка этого значения(назначается только при естественном твердении бетона).По умолчанию принимается равным 1;

• коэффициенты условий работы продольной ипоперечной арматуры. Этими коэффициентами можнооткорректировать значения расчетных сопротивлений Rs,Rsc, Rsw, по умолчанию принимаются равными 1;

• коэффициенты учета сейсмического воздействия табл.7[2]. При расчете на сейсмическое воздействие в диало-говом окне Характеристики групп вводятся два коэффи-циента: один – используемый при расчете по прочностинормальных сечений и второй – используемый при расчетепо прочности наклонных сечений железобетонных элемен-тов. Эти коэффициенты учитываются для тех РСУ, всостав которых входит сейсмическое загружение, и ихзначения, как правило, задаются равными соответственно1.2 и 0.9. Если данная конструкция не рассчитывалась насейсмическое воздействие, то значения коэффициентов вэтих позициях не учитываются;

• LY и LZ – расчетные длины элемента (или коэффициентырасчетной длины) при деформировании соответственно вплоскостях X1OZ1 и X1OY1. Задаются только для стержнейи принимаются в соответствии с п.п. 3.25 [1]. Поумолчанию расчетные длины принимаются равными нулю. При задании расчетных длин равными нулю длямодулей армирования 1 и 2 величина продольной силыбудет игнорироваться, и стержень будет армироватьсякак изгибаемый.

Размерность – метры;• признак статической определимости принимается в

соответствии с п.1.21 [1] и устанавливается соответст-вующими кнопками на странице Характеристики групп(по умолчанию - статически неопределимая система);

• случайный эксцентриситет EAY и EAZ придеформировании элемента соответственно в плоскостяхX1OZ1 и X1OY1. Задается только для стержней ипринимается по п.1.21 [1]. По умолчанию принимаютсязначения соответственно h/30 и b/30. Размерность – см;


275

• категория трещиностойкости – 1 или 3. Есликонструкция относится к 1-й категории трещиностойкости,то другие данные не задаются;

• допустимая ширина непродолжительного ипродолжительного раскрытия трещин нормальных инаклонных к продольной оси элемента. Задаются по табл.1и 2 [1] и принимаются в соответствие с условиямиэксплуатации конструкции. Значения могут бытьоткорректированы. Размерность – мм;

• расстояние до центра тяжести крайнего ряда стержнейпродольной арматуры. Информация из этой позициииспользуется для корректировки ширины раскрытиятрещин по формуле (145) [1]. По умолчанию принимаетсязначение такое же, как у А1, заданное на страницеХарактеристики групп. Размерность – см.

Ниже в таблице приведены коэффициенты, задаваемыев исходных данных, и их учет в характеристиках бетона иарматуры.

Таблица 16.1Коэффициент Характеристики по СНиП

Eb Rb Rbt Rs, Rsc Rsw

Условия твердения бетона +γb2 = 1.1* v v

γb2** v v

Результирующий γb без учета γb2 + +Продольной арматуры +Поперечной арматуры +

Учетсейсмического

Нормальные сечения v w

воздействия Наклонные сечения v w

В каждом модуле армирования последовательнорассматриваются РСУ, выполняется анализ вошедших в нихзагружений с учетом заданных в исходных данныхкоэффициентов (см. Таблицу). Окончательные значениякоэффициентов бетона и арматуры вычисляются для каждогоРСУ в отдельности.Условные обозначения к таблице.* – коэффициент γb2 из п. 2б таблицы 15 СНиП;** – коэффициент γb2 из п. 2а таблицы 15 СНиП (берется изисходных данных);+ – коэффициент учитывается всегда;v – один коэффициент из соответствующего столбца таблицыучитывается всегда;w – учитывается при наличии сейсмических загружений.


276

РасчетДля выполнения расчета достаточно нажать кнопку

Расчет. В процессе выполнении расчета может быть выданаинформация об ошибках. Просмотреть сообщения об ошибкахможно в режиме печати результатов. Для этого следуетактивизировать закладку Результаты и на страницеРезультаты расчета нажать кнопку Сообщения об ошибках(рис. 16.2.7). Наличие ошибок не означает, что расчет невыполнен. Для всех элементов, данные для которых былиподготовлены корректно, результаты будут получены.

Результаты расчета

Рис. 16.2.7. Страница Результаты

Установка параметров печати результатов расчета иактивизация функции печати таблиц с результатами подборавыполняется на странице Результаты (рис. 16.2.7). Таблицымогут быть сформированы в текстовом формате в кодировкахDOS или Windows, а также в формате RTF. Формат таблицвыбирается из списка. Таблицы автоматически загружаются втекстовый редактор, назначенный в диалоговом окнеНастройка графической среды. Для того чтобы имена RTF-файлов с результатами подбора арматуры не пересекались саналогичными по формату файлами Документатора, к именифайла добавляется окончание _AR (например, для проектаPROJECT файл с результатами подбора арматуры будет иметьимя PROJECT_AR.RTF).

При выводе результатов в текстовом форматеиспользуется так называемый непропорциональный шрифт, вкотором все символы имеют одинаковую ширину (Courier NewCyrillic). Благодаря этому можно получить достаточно ровныетаблицы. Примеры таблиц различных форматов приведеныниже.

Результаты и исходные данные выдаются для каждойгруппы данных. После таблиц с исходными данными ирезультатами расчета может выводиться подробная информа-ция по правилам чтения результатов.

Вывод в режиме “по СНиП” подразумевает выдачу напечать конструктивной арматуры в случаях, когда процентармирования меньше предусмотренного в СНиП минимума.

В режиме вывода “вычисленные значения” результатымогут не соответствовать требованиям СНиП по минимальномупроценту армирования.

Для выдачи поперечной арматуры предусмотренавозможность назначения шага хомутов пользователем.

Для пластинчатых элементов результаты подборапродольной арматуры могут быть получены в виде площадиарматуры или в виде диаметра и количества стержней призаданном шаге арматуры.


277

Для того чтобы получить файл результатов в форматеDOS (расширение файлов Р99) используется утилитаCODER.EXE, которая поставляется в составе комплекса.Одновременное наличие текстовых файлов результатов вформатах DOS и Windows не предусмотрено.

Если в процессе расчета получены сообщения обошибках, то для их просмотра используется одноименнаякнопка в нижней части окна.

Пример 1. Таблица результатов подбора арматуры в формате RTF

Nэлем.

Nсеч.

Тип Площадь продольной арматуры (см.кв) Ширинараскрытиятрещины

Площадь поперечнойарматуры, максимальный

шаг хомутовнесимметричной симметричной мм см.кв cм см.кв cм

AS1 AS2 AS3 AS4 % AS1 AS3 % ACR1 ACR2 ASW1 Шаг ASW2 Шаг

Г Р У П П А Д А Н Н Ы Х 1 МОДУЛЬ АРМИРОВАНИЯ 1 (2D – плоский стержень) БЕТОН B12.5 АРМАТУРА: ПРОДОЛЬНАЯ A3 ПОПЕРЕЧНАЯ A1 СЕЧЕНИЕ: ПРЯМОУГОЛЬНИК B=14.0 H=40.0 ( см )

1 1 C 2.10 1.07 0.62 2.16 0.85 0.32 0.30 #0.05 90T 0.82 0.88

2 C 1.07 1.76 0.56 1.77 0.69 0.33 0.30 #0.05 90T 0.69 0.69

2 1 C 1.07 1.07 0.01 0.01 0.43 1.07 0.02 0.432 C 1.07 1.07 0.01 0.01 0.43 1.07 0.02 0.43

3 1 C 1.07 1.07 0.01 0.01 0.43 1.07 0.02 0.432 C 1.07 1.07 0.01 0.01 0.43 1.07 0.02 0.43

Пример 2. Таблиц результатов подбора арматуры в текстовом формате______________________________________________________________________|N | Площадь продольной арматуры (см.кв) | | Площадь ||КЭ|-------------------------------------------| Ширина | поперечной ||--| несимметричной | симметричной |раскрытия| арматуры (см.кв), ||се|---------------------------|---------------| трещины | максимальный ||че| | | | | | | | | (мм) | шаг хомутов (cм) ||ни| AS1 | AS2 | AS3 | AS4 | % | AS1 | AS3 | % |---------|-------------------||е | | | | | | | | |ACR1 ACR2| ASW1 Шаг| ASW2 Шаг|______________________________________________________________________________| || ГРУППА ДАННЫХ 1 || МОДУЛЬ АРМИРОВАНИЯ1 (2D – плоский стержень) || БЕТОН B12.5 АРМАТУРА: ПРОДОЛЬНАЯ A3 ПОПЕРЕЧНАЯ A1 || СЕЧЕНИЕ: ПРЯМОУГОЛЬНИК B=14.0 H=40.0 ( см ) || 1/ || 1 2.10 1.07 0.62 2.16 0.85 0.32 0.30 #0.05 90 || 0.82 0.88 || 2 1.07 1.76 0.56 1.77 0.69 0.33 0.30 #0.05 90 || 0.69 0.69 || 2/ || 1 1.07 1.07 0.01 0.01 0.43 1.07 0.02 0.43 || 2 1.07 1.07 0.01 0.01 0.43 1.07 0.02 0.43 |


278

| 3/ || 1 1.07 1.07 0.01 0.01 0.43 1.07 0.02 0.43 || 2 1.07 1.07 0.01 0.01 0.43 1.07 0.02 0.43 |______________________________________________________________________________


279

16.3 Чтение результатоврасчета

Модуль армирования 1(Стержень 2D)

а

б

в

гРис. 16.3.1 Выдача результатов попоперечной арматуре в стержнях

Результаты расчета для каждого сечения в конечныхэлементах (или унифицированной группе КЭ) в общем случаевыводятся в трех строках.1-я - выводится всегда и содержит:• номер элемента, номер сечения, площади продольной

арматуры при несимметричном (AS1, AS2, AS3, AS4) исимметричном (AS1, AS3) армировании (суммарная – сучетом арматуры, воспринимающей действие крутящегомомента, и дополнительной арматуры из расчета потрещиностойкости);

• проценты армирования сечения при симметричном инесимметричном армировании;

• ширину непродолжительного (ACR1) и продолжительного(ACR2) раскрытия трещины;

• суммарную площадь поперечной арматуры (с учетомарматуры, воспринимающей действие крутящего момента,и дополнительной арматуры из расчета по трещино-стойкости) и максимальный шаг хомутов, параллельных осиZ1 (ASW1, шаг);

• суммарную площадь поперечной арматуры (с учетомарматуры, воспринимающей действие крутящего момента,и дополнительной арматуры из расчета по трещино-стойкости) и максимальный шаг хомутов, параллельных осиY1 (ASW2, шаг).

В формате RTF в 1-й строке столбца Тип выводится буква С(суммарная).

Во 2-й строке выводятся величины площадей про-дольной и поперечной арматуры, воспринимающей действиекрутящего момента (в текстовом формате перед каждымзначением площади арматуры выводится символ “*”). Этивеличины входят в pезультат 1-й строки. В формате RTF во 2-йстроке столбца Тип выводится буква К (кручение). Если расчетна кручение не производился, то эта строка не выводится.

В 3-й строке выводятся величины площадейдополнительной продольной и поперечной арматуры из расчетапо трещиностойкости. Величина площади сечения этойарматуры также входит в pезультат в 1-й строке. В форматеRTF в 3-й строке столбца Тип выводится буква Т(трещиностойкость).

Если расчет по трещиностойкости не производился иливычисленные значения ширины раскрытия трещины с учетомарматуры, подобранной по прочности, оказались близкиминулю, то строка с величинами площадей дополнительнойарматуры не выводится.

Если при расчете крутящий момент равен нулю, арасчет по трещиностойкости выполнялся, то строка свеличинами площадей дополнительной арматуры,обеспечивающей заданное значение ширины раскрытия


280

трещины, выводится второй. Пpи этом символ “*” или буква Кво 2-й стpоке печататься не будет.

В результатах расчета величина площади поперечнойарматуры, воспринимающей действие крутящего момента,печатается вычисленной для двух хомутов, расположенных всечении элемента. Таким образом, площадь одного хомутаможно определить как ASW * 0.5 (рис. 16.3.1).

Модуль армирования 2(Стержень 3D)

Результаты расчета для каждого сечения в конечныхэлементах (или унифицированной группе КЭ) в общем случаевыводятся в двух строках. (См. состав стpок 1 и 2-й в описаниирезультатов Модуля армирования 1). Расчет потрещиностойкости не производится.

Модуль армирования 11(Плита. Оболочка)

Рис. 16.3.2. Выдача результатов попоперечной арматуре для плит и

оболочек

Результаты армирования одного конечного элемента(или унифицированной группы КЭ) в общем случае выводятсяв четырех строках:

1-я – номер элемента, номер сечения всегда равен 1,суммарная величина площади сечения продольной арматуры,подобранной по прочности и трещиностойкости вдоль оси X1

(AS1 – нижняя, AS2 – веpхняя) и соответствующий процентармирования. В формате RTF в 1-й строке столбца Типвыводится шифр СX (суммарная по X1);

2-я – величина площади сечения продольнойарматуры, подобранной по трещиностойкости вдоль оси X1

(AS1 – нижняя , AS2 – веpхняя). В формате RTF во второйстроке столбца Тип выводится шифр ТХ (трещиностойкостьвдоль оси Х1).

3-я – суммарная величина площади сечения арматурывдоль оси Y1 (AS3 – нижняя, AS4 – веpхняя) и соответст-вующий процент армирования. В формате RTF в третьей стро-ке столбца Тип выводится шифр СY (суммарная по оси Y1);

4-я – величина площади сечения арматуры,подобранной по трещиностойкости вдоль оси Y1 (AS3 –нижняя, AS4 – веpхняя). В формате RTF в 4-й строке столбцаТип выводится шифр ТY (трещиностойкость вдоль оси Y1).

Если расчет по трещиностойкости не проводится, 2 и4-я строки будут отсутствовать.

Площадь сечения арматуры для каждого конечногоэлемента плиты (или унифицированной группы КЭ)определяется для сечения шириной 1м для заданной толщиныплиты в соответствии с усилиями.

Результаты подбора поперечной арматуры (площадьарматуры на один погонный метр и шаг) печатаются в 1-й


281

Рис. 16.3.3. Пример размещениядискретной арматуры при заданном

шаге 20 см

строке по двум направлениям – вдоль оси Х1: ASW1 (ASWx) ишаг Х (Sx); вдоль оси Y1: ASW2 (ASWy) и шагY (Sy)(рис. 16.3.2).

Если назначен вывод дискретной арматуры в виде диа-метра и количества стержней при заданном шаге (рис. 16.3.3),то результаты выводятся в шести строках. При этом в 1-юстроку выводятся результаты подбора в виде суммарнойдискретной арматуры по направлению оси Х1, во 2-ю –площади суммарной “размазанной” арматуры по этому женаправлению, в 3-ю строку – значения площади арматуры,добавленной по условиям трещиностойкости. В столбце Тип вэтих строках соответственно выводятся шифры ДХ, СХ, ТХ.Аналогично заполняются следующие три строки длянаправления Y1. Шифры в столбце Тип этих строк будутсоответственно ДY, CY, TY. Если расчет по трещиностойкостине производился, то строки 3 и 6-я будут отсутствовать. Встолбцах AS1 – AS4 для строк, помеченных шифром ДХ и ДY,указывается количество и диаметр стержней в виде NdD, где

N – количество стержней;d – признак вывода дискретной арматуры;D – диаметр стержней.

Например, 5d16 – 5 стержней диаметром 16 мм.Если сортамент диаметров арматуры исчерпан для

заданного шага, то в соответствующих позициях таблицывыводится значение площади “размазанной” арматуры.


282

Модуль армирования 21(Балка-стенка)

Результаты армирования одного конечного элемента(или унифицированной группы КЭ) в общем случае состоят изчетырех строк:

1-я – номер элемента, номер сечения всегда равен 1,суммарная величина площади сечения арматуры, подобраннойпо прочности и трещиностойкости вдоль оси X1 – AS1, исоответствующий процент армирования. В формате RTF в 1-йстроке столбца Тип выводится шифр СX (суммарная пооси X1);

2-я – величина площади сечения арматуры,подобранной по трещиностойкости вдоль оси X1 – AS1. Вформате RTF во 2-й строке столбца Тип выводится шифр ТХ(трещиностойкость вдоль оси Х1).

3-я – суммарная величина площади сечения арматурывдоль оси Z1 – AS3 и соответствующий процент армирования.В формате RTF в 3-й строке столбца Тип выводится шифр СZ(суммарная по Z1);

4-я – величина площади сечения арматуры,подобранной по трещиностойкости вдоль оси Z1 – AS3. Вформате RTF в 4-й строке столбца Тип выводится шифр ТZ(трещиностойкость вдоль оси Z1).

Если расчет по трещиностойкости не производится,2 и 4-я строки будут отсутствовать.

Площадь сечения арматуры для каждого КЭ балкистенки (или унифицированной группы КЭ) в соответствии сусилиями определяется для сечения, перпендикулярногосоответветственно осям X1 и Z1 местной системы координатэлемента шириной 1м для заданной толщины балки-стенки.

При выводе значений дискретной арматуры выполня-ются те же правила, что и для Модуля армирования 11. Вэтом случае в столбце Тип вместо шифра арматуры ДY, СY иTY будут стоять ДZ, СZ и ТZ.


283

Поперечная арматура Для всех модулей армирования, если максимальныйшаг хомутов, воспринимающих действие поперечной силы,меньше 10 см, то в графах поперечного армированиявыводится площадь хомутов при этом шаге и величина шага.

Если пеpед значением площади хомутов выводитсясимвол "#", то значит максимальный шаг хомутов больше10 см и на печать выводится площадь хомутов при шаге 10 сми величина максимального шага. Если величинамаксимального шага хомутов больше 900 см, то она будетотсутствовать в таблице.

Чтобы найти площадь пpи заданном шаге, надоплощадь хомутов при шаге 10 см pазделить на 10 и умножитьна заданный шаг.

Проверка заданной арматуры Если при проверке заданной арматуры указанонесимметричное продольное армирование (AS1 не равно АS2),то результаты счета будут выводиться только в графахнесимметричного армирования. В этом случае, если заданнаявеличина площади сечения арматуры не увеличилась, то вграфах симметричного армирования будут содержатьсяпробелы. В противном случае в этих графах ставитсясимвол "**".

Если для проверки задано симметричное продольноеармирование (AS1=AS2), то результаты счета будутвыводиться в графах симметричного армирования. В этомслучае, если заданная величина площади сечения арматуры неувеличилась, то в графах несимметричного армированиябудут содержаться пробелы. В противном случае в этих графахставится символ "**".


284

ЛИТЕРАТУРА

1. Строительные нормы и правила. Бетонные ижелезобетонные конструкции. СНиП 2.03.01-84. M.,Cтройиздат, 1985.

1. Строительные нормы и правила. Строительство всейсмических районах. СНиП II-7-81. M., Стройиздат, 1982.

1. Пособие по проектированию бетонных и железобетонныхконструкций из тяжелых и легких бетонов безпредварительного напряжения арматуры (к СНиП 2.03.01 –84). ЦНИИпромзданий Госстроя СССР, НИИЖБ ГосстрояСССР. М.: Стройиздат, 1986.

1. Карпенко Н.И. Теория деформирования железобетона стрещинами. М.: Стройиздат, 1976.

1 7 . П р о в е р к а н е с у щ е й с п о с о б н о с т и с т а л ь н ы х с е ч е н и й

285

17. Проверка несущей способности стальных сечений

Постпроцессор предназначен для проверки(экспертизы) несущей способности стержневых элементовстальных конструкций в соответствии с требованиями СНиП II-23-81* “Стальные конструкции”.

В настоящей версии постпроцессора поперечныесечения стержней могут быть из одиночных прокатныхпрофилей, из сварных двутавровых и коробчатых сечений,заданных как параметрические сечения, а также из сварныхсечений произвольной конфигурации, подготовленных с помо-щью Конструктора сечений. Постпроцессор может исполь-зоваться и для подбора стержней в тех случаях, когда их попе-речные сечения приняты из одиночных прокатных профилей.

Рис. 17.1. Инструментальная панель постпроцессора проверки несущей способности стальных сечений

Инструментальная панель режима (рис. 17.1) включаетследующие функции:

– установка параметров;

– назначение конструктивных элементов;

– назначение групп конструктивных элементов;

– подтверждение выбора конструктивных элементов;

– сброс установленного режима;

– назначение групп унификации;

– формирование отчета;

– активизация расчета (режим экспертизы сечений);

– визуализация результатов на схеме;

– визуализация результатов по выбранному конструктив-ному элементу или унифицированной группе;

Список конструктивных элементов игрупп конструктивных элементов

Список группунификации

Списокфакторов


286

– отображение расчетной схемы;

– состав группы конструктивных элементов;

– информация о подобранных сечениях элементов;

– подбор сечений.

Проверка несущей способности сечений выполняетсядля конструктивных элементов. Конструктивный элементмоделирует физически однородный элемент конструкции –стойку рамы, подкрановую (надкрановую) часть колонны,сплошностенчатый ригель, пояс фермы и т. д.Геометрическая длина конструктивного элемента равнасумме длин конечных элементов, его образующих.

В качестве конструктивного элемента рассматриваетсянепрерывная цепочка стержневых конечных элементов,обладающая следующими свойствами:• элементы, входящие в цепочку, лежат на одной прямой без

разрывов (точность определяется параметром совпаденияузлов);

• у всех элементов цепочки одинаковый тип жесткости;• все конечные элементы цепочки имеют одинаковый тип;• у всех элементов цепочки одинаково ориентированы

главные оси поперечного сечения;• элементы цепочки не имеют жестких вставок и шарниров

(допускается только в начальном и в конечном узлахцепочки);

• элементы цепочки могут входить только в одинконструктивный элемент.

В некоторых случаях конструктивный элементможет состоять только из одного стержневого конечногоэлемента. Когда такими свойствами обладает ряд отдельныхстержневых элементов (например, стойки или раскосы фермы),то они могут быть объединены в группы и проверка несущейспособности выполняется для всей группы конструктивныхэлементов. Обязательными условиями для элементов,входящих в группу являются:• одинаковый тип сечения;• одинаковый тип конечных элементов;• одинаковые коэффициенты расчетной длины.

Поскольку к конструктивным элементам и группампредъявляются перечисленные выше специальные требования,а контроль их выполняется в процессе назначения и расчета, тов этом случае обычные группы элементов не используются. Для всех элементов, входящих в состав конструктив-ных элементов и групп конструктивных элементов,


287

должны быть вычислены расчетные сочетанияусилий (РСУ).

Установка параметров

Рис. 17.2. Диалоговое окно Параметры настройки

Начальная установка параметров выполняется в

диалоговом окне Параметры настройки (рис. 17.2).Введенные в окне данные автоматически присваиваются всемконструктивным элементам и группам конструктивныхэлементов. В тех случаях, когда конструктивный элемент илигруппа имеют значения параметров настройки отличные отзаданных в окне, эти параметры задаются в диалоговых окнахКонструктивный элемент или Группа конструктивныхэлементов.

По умолчанию приняты: коэффициент условийработы – 1.0, а предельная гибкость – 150. При назначении коэффициент условий работы задаетсяв интервале 0.7÷1.2, а предельная гибкость – в интервале120÷400.

Класс стали выбирается из списка классов сталей,расчетное сопротивление стали принято независимым от видапроката. Это значение не может быть изменено пользователем.Если по каким-то соображениям необходимо задать другоезначение расчетного сопротивления, то в списке сталей следуетустановить строку Другая (сталь) и ввести значение в полеввода (эта строка устанавливается при начальном входе вокно).

Назначение конструктивныхэлементов

При задании конструктивных элементов необходимо

выполнить следующие операции:Ä нажать кнопку Назначение конструктивныхэлементов;

Ä выбрать на схеме стержни, входящие в конструк-тивный элемент;

Ä нажать на кнопку ОК в инструментальной панели. После выполнения последнего действия появляется

диалоговое окно Конструктивный элемент (рис. 17.3). В этомокне задаются характеристики элемента. В их число входят:имя элемента, коэффициенты расчетной длины, а такжеданные, задаваемые в окне Параметры настройки. Этиданные могут быть изменены пользователем. В этом случае


288

Рис. 17.3. Диалоговое окноКонструктивный элемент

конструктивный элемент будет иметь параметры, отличные отназначенных для всей схемы.

Коэффициенты расчетной длины являютсямножителями к геометрической длине конструктивногоэлемента и служат для определения расчетных длинконструктивного элемента (физически однородного стержня) вплоскостях главных осей поперечного сечения. При ихназначении следует исходить из расстояния между точкамизакрепления элемента в реальной конструкции и характераэтого закрепления (жесткая или упругая опора, препятствиеугловым или линейным перемещениям).


Ошибки в конструктивных элементах

В окне реализованы и другие операции. В частности,можно заменить сечения стержней, входящих в конструк-тивный элемент (кнопка Заменить сечение). В последнемслучае проверка несущей способности будет выполняться длясечения, отличного от заданного в жесткостных характерис-тиках (автоматический расчет измененной схемы невыполняется !). Кроме того, этот элемент должен бытьисключен пользователем из унифицированной группы, вкоторую он входил (если только замена не выполнялась длявсех конструктивных элементов данной группы унификации).

После ввода всех данных о конструктивном элементе,включая имя элемента, следует нажать кнопку Добавитьновый. Перед включением нового конструктивного элемента всписок конструктивных элементов, подлежащих проверке,выполняется контроль корректности назначения. Если врезультате контроля обнаружено, что выбранные элементы несоответствуют перечисленным выше требованиям к конечнымэлементам, составляющим конструктивный элемент, топоявляется диалоговое окно Ошибки (рис. 17.4). В приведенном в этом окне списке возможных ошибокдоступными будут опции с указанием на ошибки, допущенныепри назначении конструктивного элемента. Для визуализацииошибок следует включить одну из доступных опций и нажатькнопку Показать на схеме. Окно закрывается после нажатиякнопки Отмена. Если в конструктивном элементе допущенонесколько ошибок, то для их анализа кнопку следует нажатьсоответствующее число раз.


289

Назначение группконструктивных элементов


Группы конструктивных элементовдля проверки сечений


Ошибки для групп конструктивныхэлементов

В тех случаях, когда конструктивный элемент

содержит только один стержень, есть возможность объединитьтакие стержни в группы и выполнять проверку и, принеобходимости, унификацию на уровне групп. Операции поназначению групп конструктивных элементов и заданию иххарактеристик аналогичны описаным выше для конструктив-ных элементов. Характеристики групп задаются в диалоговомокне Группы конструктивных элементов для проверкисечений (рис. 17.5).

Следует помнить, что замена сечения выполняется длявсех конструктивных элементов группы. Таким образом, послевыполнения этой операции все конструктивные элементыгруппы будут иметь одинаковое сечение.

При обнаружении ошибок, допущенных при заданиигруппы конструктивных элементов, после нажатия кнопкиДобавить новую появляется диалоговое окно Ошибки(рис. 17.6) с перечнем ошибок. Правила работы с этим окномтакие же, как и правила работы с окном Ошибки дляконструктивных элементов.


290

Корректировка параметровконструктивных элементов игрупп конструктивныхэлементов

Любые из первоначально заданных параметров

конструктивных элементов или групп конструктивныхэлементов (включая состав входящих в них конечныхэлементов) могут быть изменены в процессе экспертизы иподбора.

Если изменения касаются состава и параметровконструктивного элемента или группы, то после внесенияизменений следует нажать кнопку Заменить, стоящую справаот списка конструктивных элементов или их групп. При заменесечения используется кнопка Заменить сечение, о которой ужеговорилось выше.

Изменения в состав конструктивных элементов или ихгрупп выполняются аналогично заданию. Для этогонеобходимо выполнить следующие операции:

Ä выбрать в списке инструментальной панели имякорректируемого элемента или группы (выбранныйобъект будет выделен на схеме красным цветом);

Ä указанием курсора пометить конечные элементы,исключаемые из состава объекта (с этих элементовбудет снят признак выбора, красный цветизменится на белый);

Ä нажать кнопку ОК в инструментальной панели;Ä нажать кнопку Заменить в появившемся диалого-

вом окне. Аналогично выполняется и добавление конечных элементов всостав ранее созданного конструктивного элемента.

Для удаления конструктивного элемента или группыконструктивных элементов следует выбрать имя из списка инажать кнопку ОК в инструментальной панели. В появившемсядиалоговом окне нажать кнопку Удалить.

Если удаляется несколько объектов, следует выполнитьописанные выше операции для одного объекта, а затемпоследовательно выбирать из списка в диалоговом окнеудаляемые объекты и нажимать кнопку Удалить.


291

Группы унификации


Группы унификации для проверкисечений

Группы унификации для проверки сечений могут

создаваться как в процессе назначения конструктивныхэлементов и их групп, так и независимо от этих режимов послеих задания. Формирование групп унификации выполняется вдиалоговом окне Группы унификации для проверкисечений (рис. 17.7). В этом окне можно создать новую группуунификации, а также включить в ранее созданную группуконструктивные элементы и группы конструктивныхэлементов.

Для создания новой группы унификации следуетввести имя группы в одноименном поле, а затем нажать кнопкуНовая группа. Имя новой группы попадает в список Группыунификации.

Для включения элементов в группу унификацииследует выбрать в списке Групп унификации нужную группу,в левом списке отметить имена конструктивных элементов илигрупп элементов и нажать кнопку > . Если все объекты левогосписка входят в одну унифицированную группу, то следуетнажать кнопку >> . Для исключения элементов из группыунификации следует отметить их имена в правом списке инажать кнопку < или, используя кнопку << , исключить изгруппы все объекты.

При создании групп унификации следует соблюдатьследующие правила:• в группу унификации могут входить только те объекты (кон-

структивные элементы и/или их группы), все стержникоторых имеют одинаковый тип жесткости;

• объект может входить только в одну группу унифи-кации.


292

Расчет

После нажатия кнопки Расчет выполняется проверка

несущей способности конструктивных элементов и/или группконструктивных элементов. Проверка выполняется для всехсечений элементов, входящих в конструктивный элемент илигруппу конструктивных элементов, по каждому фактору РСУ.Результатом является наибольшее значение каждого фактора,определяющего несущую способность элемента.

Реализован весь комплекс проверок по прочности иустойчивости в соответствии с разделом 5 СНиП II-23-81* соследующими исключениями:• растянутые стержни не проверяются на прочность по

формуле (6), как элементы, эксплуатация которых возможнапосле достижения предела текучести;

• не использовано разрешение последнего абзаца п.5.25выполнять проверку по формуле (49) при условииобеспечения местной устойчивости;

• при определении коэффициента ϕб в запас прочностипринято, что нагрузка имеет вид равномерно распре-деленной и приложена к сжатому поясу, который незакреплен в пролете от потери устойчивости.

Подход к определению коэффициента ϕб основан наследующих соображениях:а) СНиП не предусматривает всех мыслимых сочетанийраскрепления сжатого пояса и распределения нагрузки попролету, поэтому любое решение не будет полным;б) в реальных ситуациях практически не встречаютсяконструкции, работающие только на одно нагружение, а вчисле других имеются и распределенные. Следует учитывать,что выполняемый расчет условен, поскольку используютсярасчетные сочетания усилий и огибающая эпюра моментов неможет быть точно идентифицирована, как происходящая отопределенной нагрузки, приложенной к определенному поясу.Подход реализует концепцию СНиП, где, например, разрешенонаходить свободные длины для одного (“самого сжатого”)нагружения и использовать эти длины при проверках подругим нагружениям, определяя, в частности, по этим длинамкоэффициенты продольного изгиба ϕ (см. п.6.11*).Коэффициент ϕб используется для тех же целей, что икоэффициент продольного изгиба ϕ. Набор проверок по СНиП II-23-81* определяется типомпоперечного сечения элемента и комплектом действующих нанего нагрузок. Стержни проверяются по:• прочности при действии продольной силы N - п.5.1;


293

• устойчивости при сжатии в плоскостях XOZ и XOY - п. 5.3;• прочности при действии изгибающего момента My или Mz -

п.5.12;• прочности при действии поперечной силы Vz или Vy -

пп.5.12, 5.18;• прочности при совместном действии N, My и Mz - пп. 5.24,

5.25;• устойчивости в плоскости XOZ или XOY при

внецентренном сжатии - п.5.27 (для сечения из одиночногоуголка проверка происходит по главным плоскостям XOU иXOV, хотя обозначения не меняются);

• устойчивости из плоскости XOZ или XOY привнецентренном сжатии - пп.5.30-5.32;

• устойчивости плоской формы изгиба при действии моментаMy - п.5.15;

• устойчивости при сжатии с двухосным эксцентриситетом -п.5.34;

• чрезмерным деформациям растянутого волокна - п.5.28.


294

Отображение результатов

Рис. 17.8. Диалоговое окноДиаграмма факторов

Рис. 17.9. Диалоговое окно Элементы группы

Результаты проверки несущей способности могут

отображаться на схеме для всех конструктивных элементов,групп конструктивных элементов или групп унификации, атакже для каждого конструктивного элемента или группыэлементов в отдельности. В первом случае конструктивныеэлементы отображаются на схеме двумя цветами – зеленым,если несущая способность достаточна, или красным – впротивном случае. Если конструктивный элемент или группаконструктивных элементов входят в группу унификации, тоони будут отображаться красным цветом, если хотя бы один изобъектов этой группы не прошел проверку по несущейспособности.

На схеме можно отобразить и результаты проверки покаждому из факторов, определяющих несущую способностьобъектов проверки. Для этого необходимо выбрать в спискефакторов наименование интересующего фактора и нажать

кнопку отображения результатов . Если фактор не выбран,то результаты отображаются по значению критическогофактора (имеющего максимальное значение) для каждого кон-структивного элемента и группы конструктивных элементов.Значения выбранного фактора можно вывести на схему,

воспользовавшись кнопкой фильтров . Для визуализации результатов по каждому

конструктивному элементу или унифицированной группеследует выбрать имя объекта в соответствующем списке и

нажать кнопку . В результате открывается диалоговое окноДиаграмма факторов (рис. 17.8), в котором по каждомуфактору проверки выводится коэффициент использования.Красным цветом на диаграмме будут отмечены факторы, укоторых коэффициент использования несущей способностипревышает единицу.

Для анализа несущей способности группы элементовиспользуется диалоговое окно Элементы группы (рис. 17.9),

которое вызывается нажатием кнопки . Для вызова окнаследует выбрать в списке инструментальной панели имяисследуемой группы и нажать указанную кнопку. Главныминформационным элементом окна является таблица, в которойзаписаны номера элементов, входящих в выбранную группу,значения коэффициентов использования по фактору,установленному в списке факторов, а также маркеры, спомощью которых выбираются элементы.

Кнопки, расположенные под таблицей, позволяютвыполнить:


295

Рис. 17.10. Диалоговое окно Операции с элементами

Операции с элементами - вызывается одноименноедиалоговое окно (рис. 17.10), в котором может быть выбранаодна из следующих команд:

• Удалить из набора маркированные элементы - изгруппы удаляются элементы с активнымимаркерами;

• Создать новый набор из маркированных элемен-тов - создается новая группа элементов, в которуювходят элементы с активными маркерами (этиэлементы из текущей группы удаляются);

• Создать новый набор элементов со значениямиустановленного фактора в заданном диапазоне -создается новая группа элементов, в которуювойдут элементы с указанными значениямиустановленного фактора (эти элементы такжеудаляются из текущей группы).

Сортировка - выполняется сортировка элементов поубыванию значения установленного фактора;Диаграмма факторов - для маркированного элементавызывается одноименное диалоговое окно с коэффициентамииспользования несущей способности по всем факторам.

ОтчетПо результатам проверки можно сформировать отчет.

Отчет формируется в формате RTF и автоматическизагружается в ассоциированное с этим форматом приложение(например, MS Word или WordPad). Если передформированием отчета из списка выбран один конструктивныйэлемент или их группа, то отчет будет содержать информациютолько о выбранном объекте. В противном случае в отчетвключается информация о всех объектах, для которыхвыполнялась проверка несущей способности.

Содержание отчета (полный список всех факторов илиуказание только критического фактора с максимальным значе-нием использования несущей способности) назначается спомощью опций Сообщения в окне настройки параметровсреды на странице Управление генерацией отчетов(Настройка графической среды в разделе меню Опции).


296

Подбор

Рис. 17.11. Диалоговое окноРезультаты подбора сечений

Рис. 17.12. Диалоговое окноРезультаты подбора для группы

Рис. 17.13. Отчет по результатамвыполнения подбора сечений

Подбор сечений элементов выполняется в тех случаях,

когда их поперечные сечения заданы из одиночных прокатныхпрофилей. В подборе могут участвовать конструктивныеэлементы, группы конструктивных элементов и унифициро-ванные группы. Если элементы объединены в унифициро-ванную группу, то в результате подбора все они получатодинаковые сечения.

Подбор выполняется в рамках сортамента, принятогопри начальном назначении сечений элементов, и только дляуказанного вида профиля. Это означает, что если в качествепрофиля был выбран двутавр вида К, то и в результате подборабудет выбран аналогичный профиль (или будет сообщено, чтоиз таких профилей сечение не удаетсятся подобрать).

Результаты подбора отображаются в таблице диалого-вого окна Результаты подбора сечений (рис. 17.11). В первомстолбце таблицы выводится имя группы или конструктивногоэлемента, во втором столбце - исходное сечение, в третьем -сечение, полученное в результате подбора. В следующих трехстолбцах дана информация о процентном изменении основныхжесткостных характеристик (EF, EIx, EIy) после подбора иномер элемента в схеме, на котором этот максимум реализо-вался. Если по результатам подбора сортамент оказалсяисчерпан, а необходимая несущая способность не достигнута,то имя объекта выводится красным цветом и другаяинформация в таблице отсутствует.

Для групп конструктивных элементов в таблицеприведено только имя группы, а вся информация относительнорезультатов подбора выводится в диалоговом окне Результатыподбора для группы [имя группы] (рис. 17.12), котороевызывается после двойного щелчка левой кнопки мыши встроке с именем группы. В таблице, размещенной в этом окне,содержатся данные о результатах подбора для каждогоэлемента группы.

По результатам подбора может быть принят один изтрех вариантов продолжения работы:• применить подобранные сечения и пересчитать задачу;• принять к сведению подобранные сечения и сформировать

отчет;• отказаться от применения результатов подбора.Выбор варианта осуществляется с помощью опций вдиалоговом окне Результаты подбора сечений. Есливыбирается первая опция, то после выхода из диалогового окнавыполняется замена сечений в описаниях жесткостныххарактеристик элементов и автоматический переход в Деревопроекта для активизации расчета. Следует учитывать, чтоавтоматическая замена дублирующихся типов жесткости при


297

этом не происходит. В результате количество типов жесткостипосле подбора может существенно увеличиться. В таком случаерекомендуется перед расчетом воспользоваться функциейудаления дублирующихся жесткостей в разделе Назначенияпрепроцессора.

Кроме того по результатам подбора может бытьсформирован отчет (кнопка Отчет). Отчет формируется в видефайла в формате RTF, который автоматически загружается вассоциированное с этим форматом приложение (рис. 17.13).

Информация о результатахподбора

Рис. 17.14. Диалоговое окноСопоставление жесткостей

Рис. 17.15. Диалоговое окноСопоставление жесткостей группы

Информация о результатах подбора, представленная в

диалоговых окнах на рис.17.11-17.12, доступна лишь во времяработы режима Подбор. Если после выхода из этого режимадля каких либо целей потребуется вновь рассмотреть резуль-

таты подбора, то следует воспользоваться кнопкой . Эта операция позволяет получить сопоставительную

информацию о сечении конструктивных элементов или группдо и после подбора. Данные выводятся в таблице в диалоговомокне Сопоставление жесткостей (рис. 17.14). Информация осечениях элементов групп помещена в таблице диалоговогоокна Сопоставление жесткостей группы (рис. 17.15), котороевызывается двойным щелчком левой кнопки мыши в строке сименем анализируемой группы.

1 8 . У п р а в л е н и е н е л и н е й н ы м р а с ч е т о м

299

18. Управление нелинейным расчетом

Рис. 18.1. Графическая иллюстрацияшагового процесса

Нелинейные расчеты выполняются с применениемшагового метода, идея которого основана на отслеживанииповедения системы при относительно малых приращенияхнагрузки. При этом на каждом шаге решается линеаризованнаясистема разрешающих уравнений для текущего приращениявектора узловых нагрузок, сформированного длярассматриваемого нагружения.

Расчет ориентирован на решение нелинейных задач внескольких модификациях шагового метода:• простой шаговый метод - решает линеаризованную задачу

на каждом шаге;• шаговый с уточнениями;• шагово-итерационный.

В первом случае (рис. 18.1.а) на каждом шагерешается линеаризованная задача и в предположении, что эторешение является достаточно точным, реализуется переход кследующему шагу нагружения. Погрешность решениянелинейной задачи не контролируется, количество шаговзадается пользователем.

Второй вариант предусматривает итерационноеуточнение нагружения очередного шага за счет учета невязки вуравнениях равновесия. При этом итерации выполняются снеизменным значением линеаризованной матрицей жесткости(рис. 18.1.б), которая была вычислена в начале очередногошага.

Наконец, в третьем случае производится итерационноеуточнение решения на каждом шаге с корректировкойлинеаризованной матрицы жесткости на каждой итерации,(рис. 18.1.в).

Шаговый процесс имитирует поведение системы приувеличивающейся (уменьшающейся, при отрицательныхзначениях коэффициента загружения) интенсивности нагрузокдействующих на систему. При этом предполагается, что всекомпоненты нагрузок, относящиеся к указанному нагружени.увеличиваются (уменьшаются) одновременно в одной и той жепропорции.

Реализована возможность исследования историинагружения в форме задания последовательности отдельныхвариантов нагружения. В этом случае начало приложениянового нагружения соответствует окончанию предыдущегонагружения, т.е. новое загружение является продолжениемпредыдущего загружения. В частности, возможноиспользование ранее смоделированного загружения, но сотрицательной величиной коэффициента загружения, чтопозволяет исследовать полный цикл "нагрузка-разгрузка". Этотприем дает возможность по расхождению начального и


300

Рис. 18.2. Диалоговое окноУправление шаговым процессом

конечного состояний системы оценить точность расчета.Анализ напряженно-деформированного состояния

конструкции с учетом нелинейных эффектов выполняется в техслучаях, когда в расчетной схеме задан по крайней мере одиннелинейный элемент. В качестве таких элементов могут бытьназначены стержни различного вида, трех и четырехузловыеэлементы оболочек, для которых предусмотрен учетгеометрической нелинейности, а также одно и двухузловыеэлементы, моделирующие односторонние связи (см. главу 4).Допускается комбинирование в одной задаче линейных инелинейных конечных элементов.

Данные для управления анализом напряженно-деформированного состояния конструкции задаются вдиалоговом окне Управление шаговым процессом(рис. 18.2), которое вызывается из раздела Специальныеисходные данные дерева управления проектом (операцияМоделирование нелинейных нагрузок). Диалоговое окносодержит список заданных нелинейных загружений, таблицудля моделирования нагружения конструкции, список длявыбора модификации шагового метода, поле ввода количестваитераций, а также ряд исполнительных кнопок. В каждойстроке таблицы вводятся данные, описывающие один шаг. Дляподговки данных следует:

Ä в столбце Номер загружения выбрать из списканомер линейного загружения;

Ä в столбце Коэффициент загружения ввестикоэффициент к нагрузке для текущего шага в видемножителя к абсолютной величине нагрузки;

Ä в столбце Количество шагов ввести количествошагов, которые следует выполнить с заданнымкоэффициентом (если число больше единицы, тошаг будет состоять из нескольких шагов, каждыйиз которых будет выполняться с заданным впредыдущем столбце коэффициентом загружения);

Ä в столбце Сохранение результатов активизиро-вать опцию, если предполагается анализ результа-тов текущего шага (если в столбце Количествошагов задано число больше единицы, то выдаетсятолько результирующая информация без резуль-татов промежуточных шагов);

Ä в списке Метод выбрать необходимую модифи-кацию шагового метода;

Ä если выбран шагово-итерационный метод, то в полеКоличество итераций ввести максимальное числоитераций;

Ä повторить перечисленные выше действия длякаждого шага анализа;

Ä нажать на кнопку Записать, после чегоподготовленные данные попадут в список


301

нелинейных загружений;Ä если необходимо подготовить несколько списков,

то нажать кнопку Новый список и повторитьперечисленные действия для других загружений;

Ä в тех случаях, когда результаты расчета новогосписка являются продолжением нагруженияпредыдущего, то после нажатия кнопки Новыйсписок следует активизировать опцию Загружениеявляется продолжением предыдущего загруже-ния.

Для удаления текущего списка используется кнопкаУдалить список. Если нажать кнопку Удалить данные, тоудаляется вся управляющая информация и выполнениенелинейного расчета блокируется.

1 9 . Т е о р е т и ч е с к и е о с н о в ы

303

«От расчетчика – пользователя программными комплексами,интересующегося напряженно-деформированным состоянием, нетребуется детального знания всех математических, вычислительных икомпьютерных проблем. Однако ему необходимо иметь представление отом, как математически формулируются задачи и что представляютсобой численные методы их решения. Без этого трудно рациональновыбрать расчетную схему и правильно оценить достоверностьокончательных результатов.»

Л.А. Розин Задачи теории упругости и численные методы ихрешения. – Санкт - Петербург: СПбГТУ, 1998, стр.5

Рекомендации по применению проектно-вычислительногокомплекса SCAD

в практических расчетах

В этом разделе приведены краткие сведения о подходах к расчету и методах решения задач,положенных в основу комплекса SCAD. Они излагаются лишь в той степени, в которой это полезно знатьпользователю для лучшего понимания дальнейших указаний и для анализа ситуаций, возникающих впроцессе решения конкретной задачи. Приводимые сведения не заменяют знакомство со специальнойлитературой, на которую даются ссылки в тексте, но могут служить некоторым путеводителем по этойлитературе.

Опыт выполнения расчетов самых разнообразных конструкций свидетельствует о наличии рядазатруднений, для преодоления которых разработаны эффективные практические приемы. Эти затруднениякасаются проблемы адекватного отображения конструкции в расчетную модель, выбора подходов кдискретизации двухмерных (пластины, оболочки) и трехмерных (массивные тела) фрагментов, учет такихособенностей конструкции как наличие узловых эксцентриситетов, упругоподатливых соединений и др.Далее представлен анализ некоторых из упомянутых проблем и даны практические рекомендациирасчетчику, использующему программно-вычислительный комплекс SCAD. Естественно, что читатель ненайдет здесь ответа на любой вопрос, который может возникнуть в его расчетной практике, однако иотносительно краткий набор рецептов может оказаться полезным, поскольку отобраны достаточно типичныеситуации.


304


305

19. Теоретические основы


306

19.1. Конструкция и ее расчетная схема

19.1.1. Общие сведенияРасчетный анализ любой конструкции начинается с попытки установить, что именно в

рассматриваемом случае является существенным, а чем можно пренебречь. Такого рода упрощение задачипроизводится всегда, поскольку выполнение расчета с учетом всех свойств реальной конструкции возможнолишь с определенной степенью приближения.

Реальная конструкция, освобожденная от всех несущественных особенностей и представленная всвязи с этим в некоторой идеализированной форме, носит название расчетной схемы. Некоторые методысхематизации получили широкое распространение и имеют общий характер (идеализация материала в видесплошной среды; предположение об однородности материала; приведение геометрической формы тела ктаким стандартным схемам, как стержни, пластины или оболочки; схематизация внешних сил и др.). Другиеметоды схематизации вполне конкретны и связываются с каждой рассматриваемой задачей. Однако во всехслучаях выбор расчетной схемы является важнейшим элементом анализа, одной из наиболее характерныхчерт инженерного искусства (здесь – именно искусства, а не научного анализа!) и характеризует уровеньпрофессионального мастерства расчетчика.

Как и любому другому виду искусства, искусству выбора расчетных схем можно научить только впроцессе практической работы. Поэтому далее этой стороне проблемы мы больше не будем уделятьвнимание*. Однако, после того как расчетная схема (быть может лишь в общих чертах) установлена,наступает период ее детального описания в форме, пригодной для выполнения расчетного анализа, и ужеэтому этапу далее посвящены конкретные рекомендации.

Что же касается общих сведений, то следует иметь в виду, что на достаточно ранних стадияхсоздания расчетной схемы следует принять решение о том, будет ли расчет выполняться как линейный иликак нелинейный, следует ли учитывать силы инерции и выполнять динамический расчет или же можноограничиться статическим анализом.

Об ожидаемом поведении конструкции судят на основании имеющегося опыта и инженернойинтуиции и поэтому все принятые решения подлежат апостериорной оценке. Если во всех разрешающихуравнениях, описывающих поведение системы, могут быть проигнорированы производные по времени, торечь идет о статической задаче и, следовательно, об анализе поведения неподвижной системы. В задачахдинамики, когда существенную роль играют силы инерции, пропорциональные ускорениям масс, и в задачахползучести, когда учитываются скорости, речь должна идти об анализе движущейся системы.

Нелинейные задачи могут быть связаны с эффектами, возникающими при изменении геометриисистемы под нагрузкой (геометрическая нелинейность), отсутствием пропорциональности междунапряжениями и деформациями (физическая нелинейность), с возможным включением и выключением изработы односторонних связей при действии нагрузки на систему (конструктивная нелинейность) или сэффектами, определяемыми переменностью структуры системы в процессе ее создания (генетическаянелинейность).

Все указанные особенности ожидаемого поведения конструкции сказываются на выборе расчетнойсхемы, например, при определении возможных степеней свободы или при схематизации нагрузок,действующих на систему. * Проблема перехода от конструкции к расчетной схеме и обратно - от расчетной схемы к конструкцииподробно обсуждается в прекрасной книге В.И.Феодосьева [28], которую мы настоятельно рекомендуем всемрасчетчикам. Поучительные и тонкие соображения, относящиеся к этому же вопросу содержатся и вмонографии И.И.Блехмана, А.Д.Мышкиса и Я.Г.Пановко [1].


307

Особенно серьезным вопросом является разбиение системы на конечные элементы, т.е. настандартные части, из которых (и только из них!) должна состоять вся система.

Чрезмерно мелкое дробление приводит к росту времени расчета и связано с запросом наиспользование больших ресурсов памяти ЭВМ для хранения и обработки данных. Могут при этомпроявляться и эффекты неустойчивости самого процесса расчета. Слишком грубое дробление можетпривести к потере точности результатов, в особенности для тех случаев, когда рассчитываются пластинчатыеили оболочечные конструкции.

Общих рекомендаций по выбору оптимального уровня дробления системы на конечные элементы несуществует. Имеющиеся “оценки сходимости” имеют асимптотический характер (см., например, [8]) и частоявляются слишком абстрактными для конструктивного использования в конкретном случае расчета. Поэтомуздесь приходится полагаться, главным образом, на накопленный опыт и на результаты некоторыхконтрольных расчетов, выполняемых для одной и той же конструкции при различных системах разбиения наконечные элементы. Могут быть также рекомендованы приемы последовательной серии расчетов некоторыхфрагментов системы с введением на этих фрагментах более детального разбиения на конечные элементы.

19.1.2. Расчетная схема метода перемещенийПоскольку в основу используемых алгоритмов положен метод перемещений, то идеализация

конструкции должна быть выполнена в форме, приспособленной к использованию этого метода, а именно:система должна быть представлена в виде набора тел стандартного типа (стержней, пластин, оболочек ит.д.), называемых конечными элементами и присоединенных к узловым точкам.

Тип конечного элемента определяется:• его геометрической формой;• набором узлов, которыми могут быть точки, как лежащие в вершинах геометрических фигур, так

и на их сторонах, ребрах, поверхностях;• правилами, определяющими зависимость между перемещениями узлов конечного элемента и

узлами системы – узлы элемента могут быть прикреплены к узлам системы жестко (полноесовпадение всех перемещений) или с использованием шарниров и т.п. (см. ниже);

• физическим законом, определяющим зависимость между внутренними усилиями и внутреннимиперемещениями, и набором параметров (жесткостей), входящих в описание этого закона;

• выбором системы внутренних перемещений (деформаций) и соответствующих им внутреннихусилий (напряжений), характеризующих напряженно-деформированное состояние элемента;

• выбором аппроксимирующих (базисных, координатных) функций, с помощью которыхперемещения произвольной точки конечного элемента однозначно определяются черезперемещения его узлов;

• набором допустимых нагрузок и воздействий, которые могут быть приложены непосредственно кконечному элементу, и способами их задания;

• наличием или отсутствием правил дробления элемента на более мелкие части при детализацииописания его напряженно-деформированного состояния или при уточнении мест приложениянагрузок и воздействий;

• другими, более специфическими условиями (возможностью использования только в системахопределенного типа, ограничениями на ориентацию по отношению к системе координат и др.).

Узел в расчетной схеме метода перемещений представляется в виде абсолютно жесткого телаисчезающе малых размеров. Положение узла в пространстве при деформациях системы определяетсякоординатами центра и направлениями трех осей, жестко связанных с узлом. Иными словами, узелмыслится как объект, обладающий шестью степенями свободы – тремя линейными смещениями,определяемыми как разности координат в деформированном и недеформированном состояниях, и тремяуглами поворота. С узлами могут быть связаны и другие параметры, определяющие деформированноеположение системы (дополнительные степени свободы).


308

В методе перемещений элементы системы считаются присоединенными только к узламрасчетной схемы. Указанная особенность построения расчетной схемы не всегда подчеркивается в учебнойи справочной литературе. Такой подход является приближенным, поскольку сосредотачивая эквивалентныеусилия в узлах, условия равновесия конечных элементов некоторых типов (например, пластин и оболочек)можно выполнить только интегрально. На межэлементных границах нестержневых элементов мыслятсявозможные разрезы, что заставляет обращать внимание на так называемое свойство совместности(конформности) элементов. Совместные элементы гарантируют совпадение перемещений и их необходимыхпроизводных для точек, расположенных на противоположных берегах разреза. Для несовместных элементоввозникает необходимость выполнения дополнительных условий, компенсирующих возможные расхожденияберегов разреза. Следует отметить, что все представленные в библиотеке комплекса элементы либоявляются совместными, либо для них гарантируется выполнение дополнительных условий компенсациинесовместности.

Указанное выше условие примыкания элементов к узлам не всегда видно и при использованиитрадиционных способов изображения расчетной схемы. Так, расчетная схема, представленная на Рис.19.1,ав традиционной форме, может навести на мысль о непосредственном соединении элементов друг с другом, вто время как более детальное изображение по рис.19.1,б позволяет избежать такого умозаключения. Заметимтакже, что в детальном изображении видны и другие особенности реализации расчетной схемы, в частности,возможность выполнения одинаковых кинематических условий с использованием различных наборов связей(см. п.1.1.4).

Предполагается, что вся расчетная схема состоит только из элементов заранее определенного типа.Список типов элементов, которыми оперирует расчетный комплекс, может видоизменяться и пополняться,однако каждой его конкретной версии соответствует вполне определенный набор типов элементов(библиотека конечных элементов), из которого могут быть выбраны части расчетной схемы.

Рис. 19.1Наконец, следует сказать, что все узлы и элементы расчетной схемы нумеруются. Номера,

присвоенные им, следует трактовать только как имена, которые позволяют делать необходимые ссылки.Например, можно указать узел, где приложена некоторая нагрузка, или перечислить узлы, к которымприсоединен вполне конкретный элемент, или же составить список элементов, примыкающих копределенному узлу (это будет, так называемая “звезда элементов” в узле). Больше никаких других функцийнумерация не выполняет и, в частности, она практически не влияет на время решения задачи из-заимеющейся в комплексе функции оптимизации профиля матрицы жесткости. Однако, выдача результатоврасчета чаще всего производится в порядке нумерации узлов (перемещения) или элементов (внутренниеусилия), поэтому говорить о полной независимости от нумерации все же не приходится.


309

19.1.3. Основные и дополнительные неизвестныеОсновная система метода перемещений выбирается, как обычно, путем наложения в каждом узле

всех связей, запрещающих любые узловые перемещения. Условия равенства нулю усилий в этих связяхпредставляют собой разрешающие уравнения равновесия, а смещения указанных связей – основныенеизвестные метода перемещений.

В обычных пространственных конструкциях в узле могут присутствовать все шесть смещений:1 – линейное перемещение вдоль оси X;2 – линейное перемещение вдоль оси Y;3 – линейное перемещение вдоль оси Z;4 – угол поворота с вектором вдоль оси X (поворот вокруг оси X);5 – угол поворота с вектором вдоль оси Y (поворот вокруг оси Y);6 – угол поворота с вектором вдоль оси Z (поворот вокруг оси Z).Нумерация смещений (степеней свободы), представленная выше, используется далее всюду без

специальных оговорок, а в документации также используются соответственно обозначения X, Y, Z, UX,UY и UZ для обозначения величин соответствующих линейных перемещений и углов поворота.Если в некотором узле какое-либо из перемещений не сказывается на напряженном состоянии всехэлементов, примыкающих к этому узлу (например, повороты узла, к которому примыкают только стержнис шарнирами на концах, как это бывает при расчете ферм), то соответствующее перемещение не входит вчисло основных неизвестных.

Может оказаться, что вся система обладает такими свойствами и в каждом ее узле присутствуетодин и тот же сокращенный набор неизвестных перемещений, или, точнее – некоторые из перемещений неприсутствуют среди степеней свободы ни одного из узлов системы. Тогда можно это свойство системы(признак системы) специально обозначить и в дальнейшем принципиально не оперировать с некоторымииз перемещений. Вот некоторые из примеров:

а) плоская ферма, размещенная в плоскости XOZ – можно указать, что заведомо нерассматриваются перемещения вдоль оси Y и все углы поворота (UX, UY, UZ);

б) плита в плоскости XOY – исключаются перемещения вдоль осей X и Y и угол поворота UZ.В некоторых случаях узлу расчетной схемы приписываются дополнительные степени свободы

(дополнительные неизвестные), которые уже не отождествляются с компонентами линейных или угловыхперемещений узла как бесконечно малого жесткого тела в точке, совпадающей с центром узла. Такимдополнительным неизвестным, например, может быть вторая смешанная производная (кручение)деформированной поверхности плиты или компоненты деформаций поперечного сдвига и обжатия вслоистых кусочно-неоднородных пологих оболочках.

19.1.4. Внешние и внутренние связиВ силу особенностей конструктивного решения на некоторые из узловых перемещений могут быть

наложены ограничения (связи). Говорят, что на систему наложена моносвязь, если она запрещает одну изкомпонент узлового перемещения (например X=0 или UY=0). Если же в силу наложенной на систему связианнулируется некоторая линейная комбинация компонент узловых перемещений, то говорят о полисвязи[17]. Моносвязь всегда является внешней связью, поскольку она как бы извне системы ограничивает ееперемещения. Полисвязь, наложенная на компоненты узловых перемещений одного и того же узла, такжеявляется внешней, только направление запрещенного перемещения не совпадает с осями координат, аориентировано под некоторым углом (например, полисвязь Xicosϕ + Yisinϕ=0 ориентирована под углом ϕ ккоординатной оси X). Другие полисвязи, где фигурируют компоненты перемещений различных углов,являются внутренними и чаще всего обусловлены наличием в системе (в ее расчетной схеме) абсолютножестких элементов.

Необходимо отметить, что при выборе расчетной схемы следует опасаться того, чтобы бесконечножесткие элементы, моделирующие внутренние связи, не образовали статически неопределимую систему,


310

например, замкнутый контур. Система тогда становится вырожденной, а усилия в ней распределяются неединственным способом.

Другой, в некотором смысле противоположной, опасностью при создании расчетной схемы являетсяпропуск связи, т.е. отсутствие запрета на перемещение, приводящее к появлению геометрическойизменяемости. Эта ошибка может быть скорректирована и автоматически, однако пользователь всегдадолжен помнить о том, что это есть следствие его недосмотра и внимательно оценить “услугу” системы поисправлению обнаруженной ошибки. В частности, такая корректировка справедлива лишь тогда, когдареакции в автоматически установленных дополнительных связях равны нулю и по направлению данногосмещения не действует нагрузка.

Расчет системы, на которую наложены моносвязи, достаточно прост – соответствующие узловыеперемещения исключаются из числа основных неизвестных. В связи с этой простотой возникаетестественное стремление описать в виде моносвязей и те внешние связи, которые запрещают перемещенияили повороты, не ориентированные вдоль координатных осей.

Можно попытаться запретить любое перемещение и путем установки некоторых дополнительныхэлементов, придав им достаточно большую жесткость, однако такой прием является приближенным и можетпривести к существенной потере точности, хотя и имеет то преимущество, что позволяет определитьреакцию введенной связи. Более широкие возможности предоставляет использование специальных “нуль-элементов”, которые, кроме всего прочего, позволяют выполнить расчет на заданное смещение [17].

19.1.5. Условия сопряжения элементов с узлами системыПримыкающие к узлам системы узлы (концевые сечения) элементов, вообще говоря, могут

геометрически располагаться на некотором отдалении от центра узла схемы, т.е. может иметь местонекоторый эксцентриситет примыкания. Будем считать, что для тех типов элементов, где такойэксцентриситет допустим, узел (концевое сечение) элемента соединен с центром узла схемы бесконечножесткой вставкой и эта вставка является частью конечного элемента (см. описание конечных элементовстержневого типа в главе 3).

Естественно, что при наличии упомянутой бесконечно жесткой вставки перемещение концевогосечения элемента не равно перемещению узла схемы (оно зависит также и от узловых поворотов), а углыповорота узла и концевого сечения совпадают.

Несовпадение перемещений (поворотов) узла и связанной с узлом схемы концевого сеченияэлемента может иметь место и в силу особенностей конструкции примыкания. Если считать, что элементымогут быть прикреплены своими узлами к центрам узлов схемы с помощью шести связей, каждая изкоторых препятствует одному из шести их возможных взаимных перемещений, то можно себе представить иотсутствие любой из этих шести связей. Отсутствие одной связи между угловыми перемещениямисоответствует цилиндрическому шарниру, отсутствие трех связей для всех взаимных угловых перемещений –сферическому шарниру, отсутствие связи и между линейными смещениями – “ползуну” и т.п. Для краткостидальше все такие случаи называются “шарнирами”, хотя тут имеется и определенная неточность. Здесьнеобходимо отметить, что использование различных типов соединения элементов с узлами и связей,накладываемых на узловые перемещения, позволяет разнообразить описание расчетной схемы, чтоиллюстрируется и рисунком 19.1. На этом рисунке рекомендуем сравнить равноценные, но по-разномупредставленные пары узлов 1 и 4 или 7 и 8.

Следует заметить, что возможность введения неполного совпадения перемещений узла элемента иузла схемы, равно как и возможность эксцентричного примыкания, предусмотрена не для всех типовэлементов и здесь следует руководствоваться соответствующими указаниями из описания конечныхэлементов. Обход имеющихся запретов возможен с использованием искусственных приемов (введениедополнительных узлов, весьма податливых элементов – связей и др.).


311

19.1.6. Фрагменты, подсхемы, суперэлементыРасчетную схему часто удобно представить в виде объединения различных фрагментов, каждый из

которых с какой-то точки зрения имеет смысл рассматривать как нечто целое. Это могут бытьфункционально связанные части (например, каркас одного из этажей многоэтажного здания) или части собщей конструктивной системой (перекрытие, стена), или, наконец, чисто геометрически отличная частьсистемы (например, одна из граней многогранной оболочки).

Далее, говоря о фрагментах, мы будем иметь в виду часть схемы, выделяемую из системы покритерию, назначаемому расчетчиком. Однако сама по себе программная система с фрагментом никакихопераций не производит и все, что с ним нужно сделать в процессе расчета, пользователь должен определитьсам в явном виде (произвести унификацию, выдать результаты на печать и т.п.).

В программном комплексе имеется возможность для специальным образом описанных фрагментовпроводить определенные операции (главным образом, в процессе ввода информации). Такие фрагменты мыбудем называть подсхемами. Подсхема имеет все черты расчетной схемы, она состоит из узлов и элементов,имеет связи, шарниры и т.д. Далее при создании системы в целом с подсхемой обращаются как с единымцелым, определяя ее место в системе (основной схеме) путем совмещения некоторых узлов подсхемы,играющих роль узлов обычного конечного элемента, с узлами основной схемы.

Подсхема, используемая не только при вводе информации, но и при организации вычислительногопроцесса, называется суперэлементом. Суперэлементное моделирование особенно целесообразноиспользовать в тех случаях, когда один и тот же суперэлемент входит в схему неоднократно. Тогдарезультаты вычислений, выполненные для первого из общего числа однотипных суперэлементов,используются и для всех других его повторений, что существенно сокращает количество вычислений.

19.1.7. Нагрузки и воздействияВзаимодействие системы с окружающей средой представляется обычно в виде нагрузок или

воздействий, приложенных к узлам системы (узловые нагрузки) или к внутренним точкам ее конечныхэлементов (местные нагрузки). Местные нагрузки могут быть силами и моментами, сосредоточенными илираспределенными по линиям, площадям и объемам. Иногда нагружение системы представляется в форметемпературных воздействий на элементы или заданными смещениями в узлах. Т.е. эти воздействияпроявляются не как силовые, а как кинематические факторы.

Если воздействия меняются во времени, то вызванные ими ускорения масс системы приводят кпоявлению инерционных сил. В тех случаях, когда силами инерции пренебречь нельзя, говорят одинамическом характере воздействия, но всегда следует помнить, что отнесение воздействия к классустатических или динамических связано не только с их собственными свойствами, но и с инерционнымихарактеристиками системы.

Совокупность нагрузок и воздействий, одновременно приложенных к системе и рассматриваемыхсовместно, называется ее загружением. Иногда к одному загружению относят лишь ту часть одновременноприложенных нагрузок, которая связана общим происхождением (например, только силы давления колесодного мостового крана или нагрузки от снега на покрытие лишь в одном пролете многопролетного здания)или же имеет какие-то другие общие свойства (например, установленный нормами коэффициент надежностипо нагрузке). Если при этом впоследствии возникает необходимость учесть эффект совместного действиянескольких загружений такого рода (их сумму, взятую с некоторыми коэффициентами), то говорят окомбинации загружений и соответственно о коэффициентах такой комбинации.

Поскольку загружения могут в различные моменты времени образовывать различные комбинации ивозможное число таких комбинаций (сочетаний) достаточно велико, то возникает нетривиальная задачаотыскания таких сочетаний внешних воздействий, которые приводят к наиболее неблагоприятнымпоследствиям для некоторого проверяемого элемента или его сечения. В этом случае будем говорить оботыскании расчетного сочетания усилий (РСУ). Решая эту задачу, следует помнить о логической связимежду загружениями, определяемыми природой действующих на систему нагрузок или же предписаниями


312

нормативных документов. Такие логические связи иногда определяют невозможность одновременногодействия (несовместность) некоторых нагрузок, таких, например, как ветровой напор от ветров различногонаправления. В других случаях, наоборот, требуется обязательный учет какого-либо загружения прирассмотрении вполне определенного другого загружения (например, сила трения возможна лишь приодновременном учете и силы нормального давления), хотя обратная связь такого рода может и отсутствовать(нормальное давление в отсутствие трения вполне можно рассматривать самостоятельно).

Необходимо отметить, что использование комбинаций загружений или же отыскание расчетногосочетания усилий основано на принципе суперпозиции и, следовательно, имеет смысл лишь для линейныхсистем. При учете нелинейности любого рода необходимо описывать все действующие на систему нагрузкив рамках одного загружения.


313

19.2. Основные соотношения метода конечных элементов

19.2.1. Линейная статическая задачаТеоретической основой комплекса SCAD является метод конечных элементов (МКЭ) в форме

метода перемещений. Выбор именно этой формы объясняется простотой алгоритмизации и физическойинтерпретации, возможностью создания единых методов построения матриц жесткости и векторов нагрузокдля различных типов конечных элементов, возможностью учета произвольных граничных условий исложной геометрии рассчитываемой конструкции. Детальное описание метода с подробной аргументациейсодержится в многочисленных литературных источниках (см., например, работы [10, 26, 27 и др.]). В этомразделе будет дано лишь конспективное изложение основных расчетных зависимостей.

Напряженно-деформированное состояние каждой материальной точки x конечного элемента,имеющего объем V и поверхность S, описывается векторами напряжений σ(x) и деформаций ε(x), которыедля линейной задачи теории упругости выражаются через вектор перемещений u(x) следующим образом:

σ ε ε= =M Bu; , (19.1)где: B – линейный матричный дифференциальный оператор; M – симметричная, положительноопределенная матрица упругости закона Гука, зависящая только от жесткостных характеристик материалаконструкции.Полная потенциальная энергия элемента определяется по формуле

Π ( ) /e T

v

T

v

T

s

M dV u pdV u q dS= − −∫ ∫ ∫1 2 ε ε , (19.2)

где p и q – векторы объемных и поверхностных сил соответственно.Перемещения u(х) любой точки рассматриваемого элемента приближенно представляются черезнеизвестные смещения узлов Z выражениями вида

u(õ) = ϕ ii

(x) Zi∑ = Φ(x)Ze, (19.3)

где: ϕi(x) – интерполяционные функции, называемые обычно функциями формы, и подчиняющиесяопределенным условиям гладкости для обеспечения сходимости метода [26]; Φ(x) – матрицаинтерполяционных функций; Ze – вектор всех неизвестных смещений узлов рассматриваемого элемента(индекс “е”).Подстановкой (19.1) и (19.3) в (19.2) получаем

Ï(å) =1/2 ZeÒ ( ( ) ) ( )B MB dV Z p dV q dS ZT

ev

T T

sveΦ Φ Φ Φ∫ ∫∫− + (19.4)

Выражение (19.4) можно представить в следующем видеÏ(å) = 1/2 Ze

ÒK(e)Ze - feTZe, (19.5)

где: K(e) = ( )B T

v

Φ∫ MBΦdV – матрица жесткости элемента; feT = pT

v∫ ΦdV + q T

s∫ ΦdS – вектор

приведенных узловых сил.Полная потенциальная энергия системы получается суммированием по всем ее элементам

Ï = Π(e)

e∑ , (19.6)

а ее минимизация дает систему разрешающих уравнений МКЭKZ = f (19.7)


314

с глобальной матрицей жесткости K и вектором узловых сил f, полученными путем суммированиясоответствующих членов матриц жесткости K(e) и векторов f(e)

отдельных конечных элементов, что являетсяважным преимуществом рассматриваемого подхода.

Для МКЭ в перемещениях известны условия сходимости и оценки погрешности. Условиямисходимости являются линейная независимость и полнота системы базисных функций, а также ихсовместность (конформность), либо условия, компенсирующие несовместность. Известны легко проверяемыеусловия, позволяющие установить полноту базисных функций, их совместность или выполнение условий,компенсирующих несовместность. Эти условия имеют вид равенств, которым должны удовлетворятьбазисные функции на каждом конечном элементе. Такая теоретическая основа позволяет не толькоисследовать корректность применения известных конечных элементов, но и разработать принципыконструирования новых совместных и несовместных элементов и получить для них оценки погрешности.

Библиотека конечных элементов комплеса содержит большое количество элементов, моделирующихработу различных типов конструкций. Содержатся широко известные элементы стержней, четырехугольныеи треугольные элементы для расчета плоского напряженного состояния, плиты, оболочки, элементыпространственной задачи – тетраэдр, параллелепипед, трехгранная призма. В библиотеку включен рядновых элементов: несовместные треугольные и прямоугольные элементы изотропных и ортотропных плит иоболочек, плит на упругом основании, многослойных плит и оболочек; построенные методом подобластейсовместные треугольные и четырехугольные элементы для расчета плоского напряженного состояния, плитыи оболочки, допускающие узлы на сторонах.

Основой этих элементов являются элементы для расчета плоского напряженного состояния с двумяи плиты с тремя степенями свободы в узле. Библиотека содержит изопараметрические элементы для расчетаплоского напряженного состояния и пространственные, одномерный и двумерный (треугольный ичетырехугольный) осесимметричные элементы. Кроме того, в библиотеке имеются различные специальныеэлементы, моделирующие связь конечной жесткости, упругую податливость между узлами, нуль-элементыразличных видов, элементы, задаваемые численной матрицей жесткости. Все конечные элементы,включенные в библиотеку, теоретически обоснованы, для них имеются оценки погрешности по энергии и поперемещениям. Интегральная погрешность по усилиям оценивается величиной, пропорциональной h τ , где h– максимальный из размеров конечных элементов, τ = 2 – для прямоугольных элементов плиты, τ = 1 – дляостальных элементов. Погрешность по перемещениям оценивается величиной, пропорциональной hτ , гдеτ = 4 – для совместных прямоугольных и четырехугольных элементов плиты, τ = 2 – для остальныхэлементов. Теоретически обоснована также возможность расчета криволинейных стержнейпрямолинейными элементами и произвольных оболочек – треугольными и прямоугольными (дляцилиндрических оболочек) элементами плоской оболочки. Погрешность по энергии и перемещениямоценивается в этом случае величиной, пропорциональной h (подробнее см. п.20.1).

19.2.2. Учет дополнительных связейЕсли перемещения Z стеснены условиями связи

CZ = 0, (19.8)то только часть компонент вектора Z допускает свободное варьирование, и для учета этих связей в работе[17] было предложено использовать модифицированную функцию Лагранжа

ÏLÌ = 1/2ZT(K + CTDoC)Z - ZTf + ρT CZ, (19.9)в которой Do есть некоторая симметричная положительно определенная матрица, а ρ – вектор Лагранжевыхмножителей (реакций в связях).

Условия стационарности функционала (19.9) дают систему уравненийKZ + (CTDoC)Z + C Tρ = f;

CZ = 0. (19.10)Следует отметить, что матрица С должна содержать только линейно независимые строки, в

противном случае (постановка дублированных связей) в системе может оказаться статически неопределимая


315

подконструкция, целиком состоящая из абсолютно жестких элементов, что ведет к вырождению задачи. Вовсех остальных случаях система уравнений (19.10) имеет отличный от нуля определитель, включая и теслучаи, когда матрица К вырождена (конструкция без дополнительных связей изменяема), но ее дефект непревышает ранга матрицы С. При этом в отличие от обычного метода Лагранжа возможно исключениенеизвестных в порядке их нумерации.

Добавление к матрице жесткости K произведения CTDoC соответствует включению в конструкциюнекоторого упругого элемента со специальными свойствами (“нуль-элемента”), который включаетсяпараллельно бесконечно жесткой связи и поэтому не искажает результаты расчета. В [17] детальнорассмотрены возможные способы конструирования таких “нуль-элементов”, часть из них использована приразработке комплеса SCAD.

19.2.3. Динамическая задачаЕсли нагрузки на систему меняются во времени, т.е. f = f(t), то следует полагать функциями времени

также усилия и перемещения, что может потребовать введения в рассмотрение скоростей dZ/dt и ускоренийd2Z/dt2 . Когда возникающие при этом силы инерции

J(t) = M(d2Z/dt2) (19.11)не могут считаться пренебрежимо малыми по сравнению с нагрузками на систему и с силами упругости, тоих следует учесть при формировании условий равновесия, которые примут вид дифференциальныхуравнений

M(d2Z/dt2) + KZ(t) = f(t). (19.12)Если все массы сосредоточены в узлах системы, то матрица масс М будет диагональной, в

остальных же случаях приведение ее к диагональному виду представляет собой приближенный подход (онприменен при разработке комплекса).

Задача определения характеристик собственных колебаний системы (модальный анализ)заключается в нахождении условий, при которых ненагруженная система совершает гармоническиеколебания по закону

Z(t) = Ψsin(ωt + ϕ). (19.13)В выражении (19.13) вектор Ψ характеризует форму собственных колебаний (соотношения междусмещениями узлов), ω – их частоту, ϕ – начальную фазу. Подстановка (19.13) в (19.12) с учетом того, что f(t)= 0 дает уравнение для собственных колебаний

(K - ω2M) Ψ= 0, (19.14)нетривиальное решение которого существует лишь тогда, когда величины ωi (i = 1,...,n), называемыесобственными частотами, обращают в нуль детерминант матрицы (K - ω2M). Соответствующие им формысобственных колебаний Ψi вычисляются лишь с точностью до произвольного множителя. Этот множительназначен таким образом, что максимальная компонента вектора Ψi равна единице. Следует также отметитьсвойство ортогональности собственных векторов как относительно матрицы масс, так и относительноматрицы жесткости, т.е.

ΨiÒMΨj= 0 è Ψi

ÒKΨj= 0 ïðè i ≠ j. (19.15)При динамическом расчете число компонент вектора Z, с которыми связаны инерционные силы

(количество динамических степеней свободы), зачастую бывает намного меньшим, чем при статическомрасчете. Типичным примером могут служить повороты узлов, обычно оказывающие значительно меньшеединамическое влияние, чем их линейные смещения. В SCAD инерционные моменты, соответствующиеповоротам узлов и другие инерционные характеристики могут быть проигнорированы, однако это уже задаетсам пользователь, формулируя задачу динамического расчета. Если часть инерционных составляющихнагрузки не учитывается, то разделяя вектор Ψ на подвектор ΨO, для которого силы инерции равны нулю, иподвектор ΨI, связанный с инерционными силами, можно записать систему (19.14) в форме

KOO ΨO + KOI ΨI = 0;KIO ΨO + KII ΨI = ω2MII . (19.16)


316

Из этой системы исключается подвектор ΨO и в результате указанной процедуры “статического уплотнения”размерность задачи модального анализа резко уменьшается и она приобретает вид

(KOO-1 MII - λ2 I) ΨI = 0, (19.17)

где I – единичная матрица, а λ = 1/ω.В качестве результатов модального анализа SCAD выдает собственные числа λi и собственные

векторы ΨI задачи (19.17). С ними связаны круговая частота ω = 1/λ (рад/сек), циклическая частота θ = ω/2π(герц) и период Т = 1/θ.

В силу ортогональности форм собственных колебаний решение любой динамической задачи в видеразложения

Z(t) = yii

∑ (t)Ψi (19.18)

ведет к распаду системы дифференциальных уравнений (19.12) на независимые относительно обобщенныхкоординат yi(t). Эти уравнения с учетом пропорционального скорости дополнительного члена, с помощьюкоторого учитывается сопротивление движению, имеют вид

d2 yi /dt2 + 2ξi dyi /dt +ωi2 yi = Pi(t)/Mi. (19.19)

Обобщенные силыPi(t) = ω2 ΨT

i f(t), (19.20)

массыMi = Ψi

T MΨi (19.21)и параметры затухания ξi , совместно с начальными условиями yo

i и y1i , получаемыми из Zo = Z(0) и

Z1 = dZ(0)/dt по формуламyo

i = ΨiT MZo , y1

i = ΨiT MZ1 (19.22)

полностью определяют решение задачи. Это решение дается выражениемyi = exp[-ξi ωi t] [(yo

i ξi ωi + y1i)/ ωDi] sinωDit + yo

i +

+ (1/ωDiMi) P (t)i0

t

∫ exp[-ξi ωi (t - τ)] sinωDi(t - τ)dτ , (19.23)

в котором первое слагаемое учитывает начальные условия, а второе носит название интеграла Дюамеля.Входящая в выражение (19.23) частота демпфированных колебаний

ωDi = ωi (1 - ξI2)1/2 (19.24)

мало отличается от ωi при обычных значениях логарифмического декрементаδ = 2πξω/ωD ≈ 2πξ. (19.25)


317

19.3. Решение систем уравнений

После того, как заданная конструкция представлена в виде конечноэлементной структуры, задача обопределении перемещений узлов сводится к решению системы линейных алгебраических уравнений вида

KZ=F, (19.26)где: K – симметричная положительно определенная матрица размером N×N; F – матрица правых частей(загружений) размером N×k (k – количество загружений); Z – искомая матрица перемещений размером k×N.

Поскольку в большинстве случаев матрица K является разреженной, то для уменьшения требуемойоперативной памяти, внешней памяти и времени счета предварительно производится перенумерациянеизвестных системы (19.26) с целью минимизации профиля матрицы (рис.19.2).

Рис.19.2В комплексе SCAD реализовано несколько методов перенумерации, а именно, обратный алгоритм

Катхилла-Макки, метод-фактор деревьев, метод вложенныx сечений и алгоритм параллельных сечений.Описание этих методов и их сравнительная характеристика приведены в специальной литературе.Пользователю предоставлена возможность выбора метода перенумерации. По умолчанию используетсяобратный алгоритм Катхилла-Макки, т.к. у этого метода минимальные запросы к оперативной памяти. Мыне можем дать конкретные рекомендации для выбора метода перенумерации, т.к. эффективность того илииного алгоритма значительно зависит от структуры конкретной матрицы К.

Для решения системы (19.26) предварительно производится треугольное разложение матрицы Кмодифицированным методом Гаусса с выбором разрешающего элемента на главной диагонали в порядкеследования перенумерованных неизвестных.

Если в процессе треугольного разложения матрицы K один из разрешающих элементов окажетсяравным нулю, т.е. выяснится, что K – вырождена, что свидетельствует о геометрической изменяемостисистемы, то производится автоматическое наложение дополнительной ненапряженной связи, превращающейсистему в неизменяемую. При этом пользователю предоставляется информация о номерах узлов и типахстепеней свободы, по которым произведено наложение связей. Заметим, что вырождение идентифицируетсяне по точному равенству разрешающего элемента нулю, а по появлению на главной диагонали числа


318

“практически равного нулю” и выбор этого порога (параметр точности решения) является одним изпараметров, которым пользователь может распорядиться сам.

Когда сообщения об установке дополнительных связей появляются в протоколе решения задачи, мырекомендуем внимательно проанализировать расчетную схему и выяснить причину происхождениягеометрической изменяемости конструкции. Возможно для анализа понадобится решить задачу снова сдругим значением параметра точности решения.

Дополнительным сервисным средством является контроль решения системы (19.26). При появлениисообщения о большой величине ошибки решения, которое, как правило, является следствием плохойобусловленности матрицы K, следует внимательно проанализировать перемещения узлов и убедиться в том,что полученное решение является приемлемым с инженерной точки зрения. Плохая обусловленность чащевсего связана с неудачной конструкцией рассчитываемой системы (например, случай “почти изменяемой”системы) или ее неудачной идеализацией.


319

19.4. Стандартные случаи динамического нагружения

Комплекс SCAD дает решения задачи для динамических нагрузок следующих классов:– пульсации ветрового потока по СНиП;– сейсмическая нагрузка в форме, предусмотренной [24];– импульсная и ударная нагрузка для различных законов изменения во времени;– гармоническая нагрузка;– сейсмическое возбуждение в форме задания произвольной акселерограммы.Ниже рассматриваются вопросы, связанные с постановкой соответствующих задач и особенностями

их реализации.

19.4.1. Ветровая нагрузкаВ основу методики положен подход из раздела 10 справочника [5], где задача о действии

турбулентных пульсаций ветрового потока поставлена как задача статистической динамики.Давление ветра на сооружение в точке, расположенной на высоте z от уровня земли,

рассматривается как сумма статической и пульсационной составляющих ветровой нагрузкиq(z,t) = qs(z) + qp(z,t). (19.27)

Последняя есть случайная функция времени, обусловленная случайной скоростью пульсаций,имеющей нулевое среднее, стандарт σ(z) и безразмерный спектр Давенпорта

S(ε) = 1200ε5/3 /[3vo(1 + ε2)4/3], (19.28)где vo – среднечасовая скорость ветра на высоте 10м; ε = vo/1200θ – безразмерный период колебаний.

С учетом упрощений, достигаемых за счет предположения о полной коррелированности (пульсациискорости ветра рассматриваются как синхронные по пространству случайных функций только времени)среднеквадратичное смещение по j-ой компоненте вектора Z представляется в виде

Zä.j = i

s

=∑

1

(η2ijµ

2i)/ω4

i . (19.29)

Здесь s – число учитываемых форм собственных колебаний, ηij – приведенное ускорение, вычисляемое поформуле

ηij = (Ψij σkk

∑ Ψik)/ Mrr

∑ Ψir , (19.30)

а квадрат коэффициента динамичности определяется так:

µ2 = (2/3) ε11 3

0

/∞

∫ (1 + ε2)-4/3 [ε4 - 2(1 - γ2/2)ε2ε2i + ε4

i]-1 dε. (19.31)

Параметр затухания γ связан с логарифмическим декрементом δ зависимостью γ = δ/π, а через εi

обозначен безразмерный период собственных колебаний εi = vo/1200θ.Расчетные статические перемещения связаны с первым слагаемым в (19.27), а динамические –

определяются по формуле (19.29). Усилия в элементах системы и перемещения ее точек (обобщенно –отклик сооружения Х) находятся раздельно от статической составляющей ветровой нагрузки и отинерционных сил, соответствующих каждой форме собственных колебаний. Суммарное значение откликаопределяется по формуле

X = Xc ± [ ( )Xid

i

2∑ ]1/2, (19.32)


320

из которой видно, что колебания совершаются вокруг смещенного состояния равновесия, соответствующегостатической (средней) компоненте нагружения. Комплекс выдает отдельные составляющие динамическогоотклика X i

d и суммарное значение (19.32), причем знак перед вторым слагаемым принимается таким же,как и у компоненты Xc.

19.4.2. СейсмикаВ основу норм [24] положен спектральный подход, в соответствии с которым расчетная

спектральная кривая (закон изменения коэффициентов динамичности) определяет динамическую реакциюпростого маятника на ускорение точки подвеса при сейсмическом возмущении.

В общем случае при ускорениях основания сооружения d2zo/dt2, происходящих при землетрясении,инерционные силы (19.11) определяются абсолютными ускорениями, которые суммируются сотносительными ускорениями от деформации сооружения

Jc(t) = M(d2Z/dt2 - d2zo/dt2), (19.33)что при подстановке в (19.12) дает фиктивную нагрузку

fc(t) = M d2zo/dt2 . (19.34)От воздействия (19.34) решение ищется путем разложения по формам собственных колебаний в форме

интеграла Дюамеля (см. раздел 3 справочника [5]) и в конце концов приводится к расчету на инерционныесилы Sik, действующие по направлению k-ой массы при колебаниях по i-ой форме

Sik = QkKcβ(Ti)ηikcosϕok. (19.35)Здесь Qk – вес k-ой массы; Kc – коэффициент сейсмичности, зависящий от бальности землетрясения(напоминаем, что переход к следующему баллу связан с удвоением мощности землетрясения) и от классасооружения; β – коэффициент динамичности, зависящий от периода собственных колебанийрассматриваемой формы и определяемый по формуле

β = a/T (β ≤ b), (19.36)где константы a и b связаны с категорией грунта основания; ηik – приведенные ускорения (19.30); ϕok – уголмежду направлением сейсмического толчка и смещением Zk.

От нагрузок (19.35) определяются отклики Xi для каждой из учитываемых форм колебаний, затемнаходится максимальный из них Xα = maxiXiи определяется расчетное значение

X = [X2α ± ( )X i

i

2

≠∑

α]1/2. (19.37)

19.4.3. Импульсные нагрузкиИмпульсные нагрузки являются кратковременными силами или ударами, время действия которых τ

не превышает 2,5Тs, где Тs есть период наименьшей из учитываемых форм колебаний (см. раздел 5справочника [5]). Различают однократные импульсы, для которых нагрузка f(t)=0 при t > τ, и импульсымногократного действия, из числа которых чаще всего выделяют периодические импульсы, повторяющиесянесколько раз через равные промежутки времени То.


321

Рис. 19.3

Импульс характеризуется продолжительностьюдействия τ, формой f(t) и наибольшим значением Ро(рис. 19.3), либо величиной импульса

S = Po f t( )0

τ

∫ dt. (19.38)

При τ < 0,1Ts импульс можно считать мгновенным ине различать формы f(t), поскольку все они приводятпрактически к тождественным результатам.При прямом ударе тела массы Мо по конструкцииимпульс определяется формулой

S = Movo(1 + ko), (19.39)где vo – скорость ударяющего тела в начале соударения, ko – коэффициент восстановления, зависящий отформы и материала соударяющихся тел. Если масса Мо мала по сравнению с суммой масс сооружения, торасчет на удар можно выполнить так же, как и на импульс величиной (19.39), в противном случае Моследует учесть как присоединенную массу и уточнить таким образом частоты собственных колебаний.Необходимо отметить, что присоединенная масса Мо не может быть единственной массой системы (удар побезмассовой конструкции не рассматривается!). Форма функции f(t) при ударе рекомендуетсяколоколообразной (рис. 19.3,f).

19.4.4. Гармоническое возбуждениеДля гармонической нагрузки P(1)

icosθt + P(2)isinθt суммарные по всем учитываемым формам

собственных колебаний инерционные силы S1 и S2, соответствующие косинусоидальной (действительной) исинусоидальной (мнимой) составляющим, определяются формулами

S1 = a ii

∑ MΨi, S2 = b ii

∑ MΨi, (19.40)

где коэффициентыai = (P(1)

i χ - P(2)iξαi)/(χ2

i + α2i),

bi = (P(2)i χ - P(1)

iξαi)/(χ2i + α2

i),αi = θ/ωi, χi = 1 - α2

i. (19.41)Максимальные значения определяются как

S = (S12 + S2

2)1/2. (19.42)В тех случаях, когда частота возмущающей нагрузки θ больше одной или нескольких собственных частотсистемы ωi, необходимо дополнительно проверить систему на прохождение через резонанс во время пускаили остановки машин и агрегатов, развивающих гармоническую нагрузку (см. [5, стр.53]).

19.4.5. Расчет по акселерограммеВ перечисленных выше вариантах нагрузок было возможно точное вычисление yi(t). В остальных

случаях решения yi(t) находим численно.В частности, при расчете на сейсмическую нагрузку по акселерограмме в каждый k-й момент

времени t k задается вектор fk = f(tk). Тогда в (19.20) имеем Pi,k = Pi(tk). Далее уравнения (19.19) решаютсяметодом конечных разностей по схеме Ньюмарка. Получаем значения перемещений yi,k = yi(tk) иинерционных сил Si,k = Si(tk), по которым вычисляется экстремальное из числа рассмотренных моментоввремени значение

Sj,o = maxkωj yj(tk). (19.43)


322

19.5. Расчетные сочетания усилий (РСУ)

Основой выбора невыгодных расчетных сочетаний усилий в SCAD служит принцип суперпозиции.С целью ограничения количества рассматриваемых сочетаний усилий (РСУ) для каждого вида напряженногосостояния используется свой подход. Из 2 n сочетаний (где n – количество загружений), отбираются те РСУ,которые соответствуют максимальному значению некоторой величины, избранной в качестве критерия изависящей от всех компонентов напряженного состояния.

19.5.1. СтержниВ качестве критерия определения РСУ здесь приняты экстремальные значения нормальных и

касательных напряжений в контрольных точках сечения (рис. 19.4).

Рис. 19.4

Для нормальных напряжений используется формула:

σ ky

y

z

z

NF

M zI

M yI

= ± ± , (19.44)

где: k – точка сечения стержня (k = 1 ÷ 9). Эта формула

преобразуется следующим образом при y b= ±

2 и

z h= ±

2

σ ky

z i

z

y iF N

Ml

Ml

= ± +, ,

, (19.45)

где ly,i и lz,i ядровые расстояния в сечении стержня(i=1,2).

Такой подход позволяет определить экстремальные нормальные напряжения в сечении любой формы.Для касательных напряжений используется приближенная формула:

τ y zy z kp

y z y zF

Q Ml l,

,

, ,( )= ±

+2 2 1 1 1 2. (19.46)

Кроме напряжений вычисляются также экстремальные значения продольной и перерезывающих сил. Всегодля сечения стержня отбирается 30 значений РСУ.

19.5.2. Мембраны (плоское напряженное состояние)В общем случае главные напряжения в одной и той же точке конструкции при различных

загружениях имеют различную ориентацию. Поэтому здесь определение РСУ производится по огибающимэкстремальным кривым нормальных и касательных напряжений по формулам:

σ α α α α( ) cos sin sin= ⋅ + ⋅ + ⋅N N Tx z xz2 2 2 ; (19.47)

( )τ α α α( ) sin cos= − ⋅ + ⋅12

2 2N N Tz x xz . (19.48)


323

Рис. 19.5

Обозначения приведены на рис. 19.5.Нормальные напряжения вычисляются в диапазоне от 90 0

до −90 0 , а касательные – от 90 0 до 0 0 . Шаг просмотра 150.

19.5.3. ПлитыЗдесь применяется подход, аналогичный тому, который описан в п.19.5.2. Изгибные и крутящий

моменты в плите дают возможность определить нормальные и касательные напряжения на верхней инижней поверхностях плиты. Эти напряжения по модулю равны, поэтому формулы (19.47) и (19.48)приобретают вид

M M M Mx y xy( ) cos sin sinα α α α= ⋅ + ⋅ + ⋅2 2 2 ; (19.49)

( )M M M Mk y x xy( ) sin cosα α α= − ⋅ + ⋅12

2 2 . (19.50)

Кроме того, определяются экстремальные значения перерезывающих сил.

19.5.4. ОболочкиЗдесь также применяется подход, аналогичный тому, который описан в п.19.5.2. Однако

вычисляются напряжения на верхней и нижней поверхностях оболочки с учетом мембранных напряжений иизгибающих усилий по следующим зависимостям:

σ

σ

τ

xH

xx

yH

yy

Hxy

xy

NMh

NM

h

TM

h

/

/

/

;

;

,

Β

Β

Β

= ±

= ±

= ±

6

6

6

2

2

2

(19.51)

где: h – толщина оболочки; B и H – индексы, означающие принадлежность к верхней и нижнейповерхностям. Шаг изменения угла α=22.5 0 .

19.5.5. Объемные элементыКритерием для определения опасных сочетаний напряжений в общем случае НДС приняты

экстремальные значения: а)среднего напряжения (гидростатического давления); б) главных напряженийдевиатора. Определяются углы наклона главных напряжений в каждом элементе для каждого загружения.

Вычисление производится по формулам:σ σ σ σ τ τ τф = ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅x y z xy xz yzl m n l m l n m n2 2 2 2 2 2 ;


324

σ σ

τ τ τ

ф ф

ф

= +

= ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅

0

2 2 2 2 2 2

S

S S l S m S n l m l n m nx y z xy xz yz

;

,

где: σф – нормальное напряжение на площадке с направляющими косинусами l, m, n к осям X1, Y1, Z1;

Sф – нормальное напряжение девиатора на этой же площадке; ( )σ σ σ σ0 3= + +x y z / – cреднее

напряжение.Процесс выбора организован следующим образом. Для данного элемента вычисляются

направляющие косинусы главных площадок по всем загружениям. Если в схеме задано n загружений, тобудет найдено 3n площадок. Затем вычисляются напряжения Sф на этих площадках от всех загружений ипроизводится накопление положительных и отрицательных значений напряжений. В соответствии с этимпринято обозначение критериев как трехзначных чисел. Первые две цифры обозначают порядковый номерзагружения, на площадках которого вычисляются напряжения от всех загружений. Третья цифра можетпринимать значения от 1 до 6, которым придается следующий смысл:

1 – положительное суммарное значение напряжения на 1-ой главной площадке;2 – отрицательное суммарное значение напряжения на 1-ой главной площадке;3 и 4 – то же на 2-ой главной площадке;5 и 6 – то же на 3-ей главной площадке.Так, например, критерий 143 означает, что на 2-ой главной площадке 14-го загружения получено

наибольшее положительное значение напряжения. Критерий 076 означает, что на 3-ей главной площадке 7-го загружения получено наибольшее отрицательное значение напряжения.

Критерии, соответствующие наибольшему и наименьшему значениям среднего напряжения,обозначаются цифрами 7 и 8 соответственно.

19.5.6. ЗагруженияПри определении РСУ учитываются логические связи между загружениями, которые отражают

физический смысл загружений и требования, регламентируемые различными нормативными документами.Выделяются три типа загружений:– независимые (собственный вес, вес оборудования и т.п.);– взаимоисключающие (ветер слева и ветер справа, сейсмическое воздействие вдоль разных осейкоординат и т.п.);– сопутствующие (тормозные при наличии вертикальных крановых нагрузок и т.п.).Предоставляется также возможность обозначить знакопеременность загружения при одинаковом

модуле его вектора.

2 0 . П о с т р о е н и е и а н а л и з р а с ч е т н ы х м о д е л е й

325

20. Построение и анализ расчетных моделей

20.1. Выбор сетки конечных элементов

20.1.1. Сходимость МКЭВ теории метода конечных элементов большое внимание уделяется проблеме сходимости, т.е.

асимптотическому поведению оценок точности получаемого приближенного решения при неограниченномсгущении сетки конечных элементов. Установлен ряд важных теорем о сходимости, например, длясовместных элементов определено [26, стр. 195-196], что если (k-1) является степенью полинома, с помощьюкоторого внутри конечных элементов аппроксимируется перемещение и решается эллиптическая краеваязадача порядка 2m, для которой получено приближенное решение в перемещениях u*, то ошибка в энергиипо сравнению с точным решением u составляет

U(u-u*, u-u*) ≤ C2h2(k-m)||u||2k ,где h – максимальное значение относительного размера элемента (шаг сетки).

Для s-х производных z имеем оценки ошибок||z-z*||s ≤ Chk-s||z||k , если s > 2m-k ;||z-z*||s ≤ Ch2(k-s)||z||k , если s ≤ 2m-k.

Для несовместных элементов аналогичные оценки получены в серии работ И.Д. Евзерова и В.С.Карпиловского (см., например, [8], [13]). Используя эти результаты можно получить оценки сходимости длявсех конечных элементов из библиотеки SCAD, которые представлены в таблице 20.1.

Таблица 20.1.

Тип Наименование конечного элементаПоказатель степени в оценках скорости

сходимости по:КЭ переме-

щениямнапряже-ниям

момен-там

попереч-нымсилам

11,13 Универсальный прямоугольный элемент плиты 2 — 2 112,14 Универсальный треугольный элемент плиты 2 — 1 020 Универсальный четырехугольный (от 4 до 8

узлов) элемент плиты2 — 1 0

21 Универсальный прямоугольный элемент плоскойзадачи теории упругости

2 1 — —

22 Универсальный треугольный элемент плоскойзадачи теории упругости

2 1 — —

23 Универсальный прямоугольный элемент плоскойзадачи теории упругости

2 1 — —

24 Универсальный треугольный элемент плоскойзадачи теории упругости

2 1 — —

27 Универсальный четырехугольный (от 4 до 8узлов) элемент плоской задачи теории упругости

2 1 — —

29 Универсальный четырехугольный (от 4 до 12 2 1 — —


326




момен-там


узлов) элемент плоской задачи теории упругости

30 Универсальный четырехугольный (от 4 до 8узлов) элемент плоской задачи теории упругости

2 1 — —

31 Параллелепипед 2 1 — —32 Тетраэдр 2 1 — —33 Трехгранная призма 2 1 — —34 Пространственный изопараметрический

шестиузловой элемент2 1 — —

36 Пространственный изопараметрическийвосьмиузловой элемент

2 1 — —

37 Пространственный изопараметрическийдвенадцатиузловой элемент

2 1 — —

41 Универсальный прямоугольный элемент оболочки 2 1 1 042 Универсальный треугольный элемент оболочки 2 1 1 044 Универсальный четырехугольный элемент

оболочки2 1 1 0

50 Универсальный четырехугольный (от 4 до 8узлов) элемент оболочки

2 1 1 0

61 Универсальный кольцевой элемент спрямоугольным поперечным сечением

2 1 — —

62 Универсальный кольцевой элемент с треугольнымпоперечным сечением

2 1 — —

64 Универсальный кольцевой элемент спрямоугольным поперечным сечением (от 4 до 8узлов)

2 1 — —

71 Прямоугольный элемент многослойной оболочки(учет поперечного сдвига, обжатия слоев,кривизны)

2 1 — —

72 Треугольный элемент многослойной оболочки(учет поперечного сдвига, обжатия слоев,кривизны)

2 1 — —

73 Четырехугольный элемент многослойнойоболочки (учет поперечного сдвига, обжатияслоев, кривизны)

2 1 — —

74 Четырехугольный (от 4 до 8 узлов) элементмногослойной оболочки (учет поперечного сдвига,обжатия слоев, кривизны)

2 1 — —


327




момен-там


81 Прямоугольный элемент многослойной оболочки(учет межслоевых сдвигов и кривизны)

2 1 — —

82 Треугольный элемент многослойной оболочки(учет межслоевых сдвигов и кривизны)

2 1 — —

83 Четырехугольный элемент многослойнойоболочки (учет межслоевых сдвигов и кривизны)

2 1 — —

84 Четырехугольный (от 4 до 8 узлов) элементмногослойной оболочки (учет межслоевыхсдвигов и кривизны)

2 1 — —

Данные, представленные в таблице 20.1, дают возможность приблизительно назначить требуемуюгустоту сетки конечных элементов, исходя из такого весьма характерного рассуждения [3, стр.55]: "...заметим лишь, что при естественных ограничениях на исходные данные и сетку области, сходимость имеетместо и погрешность в определении напряжений и деформаций имеет порядок ch/L, где через с обозначенаконстанта, зависящая от формы области; h — шаг сетки; L — характерный размер области. Эта оценкаслужит ориентиром при назначении шага сетки в зависимости от желаемой точности (средней), например,задав точность приближенного решения 5%, нужно выбрать шаг сетки равным примерно 1/20 отхарактерного размера...", т.е. для характерного двумерного пятна необходимо иметь около 400 узлов, а втрехмерной задаче – примерно 8000.

20.1.2. О практической сходимостиСледует учитывать, что упомянутые выше оценки скорости сходимости ориентированы на

выяснение асимптотических свойств решения, а практического расчетчика интересует степень близостиприближенного решения, полученного на вполне определенной сетке конечных элементов. Конечно, вбольшинстве случаев асимптотическая сходимость сопровождается и приемлемой "практической сходи-мостью", под которой мы будем понимать возможность получения приемлемой точности при сравнительногрубом разбиении, но из этого правила есть и исключения. Приведем в связи с этим высказывание великогоматематика и физика А. Пуанкаре (цитируется по [1, стр.52]):

"... из двух рядов, коих общие члены суть 1000n/n! и n!/1000n, математики назовут первыйсходящимся ... потому что миллионный член гораздо меньше 999 999-го, второй же ряд они рассматриваюткак расходящийся, ибо его общий член может беспредельно возрастать. Астрономы, наоборот, примутпервый ряд за расходящийся, потому что первые его 1000 членов идут возрастая; второй ряд они сочтут засходящийся, потому что первые его 1000 членов идут убывая и в начале убывание весьма быстрое". И далеесовершенно головокружительный вывод: "Оба воззрения законны: первое — в исследованияхтеоретических, второе в численных приложениях".

По-видимому, при решении любой достаточно ответственной задачи нельзя обойтись без анализакачества решения, которое можно проверить путем повторного рассмотрения задачи на другой сеткеэлементов. Конечно, большую задачу вряд ли стоит решать целиком на сгущающихся сетках, но очевидно,что выполнение такого анализа для характерных фрагментов расчетной схемы является рациональным.Эмпирически установленный факт устойчивости результата при сгущении сетки является весьмаубедительным доводом в пользу правильности выбранного подхода к решению.


328

Сказанное не следует трактовать как призыв к голому эмпиризму, теоретические исследованиясходимости весьма важны и их результаты могут быть использованы в практических целях, однако здесьимеются и некоторые указанные ниже серьезные проблемы, которые расчетчик должен учитывать. Одна изпервых проблем состоит в том, что при удовлетворительной практической сходимости по перемещенияммогут не так хорошо сходиться интересующие расчетчика внутренние усилия или напряжения. Ониопределяются дифференцированием перемещений, а операция дифференцирования является некорректной втом смысле, что незначительному изменению функции может отвечать значительное изменениепроизводной.

Таким образом, проверки практической сходимости должны быть ориентированы на исследованиетех результатов, которые требуются в решаемой задаче. Вот, например, характерная цитата из известноймонографии О. Зенкевича: "Размеры разбиения, необходимого для получения приемлемой точности взадачах теории оболочек, зависят от многих причин. Часто оказывается, что при малой толщине оболочкиобласть действия изгибающих моментов ограничена краевой зоной, где происходит значительное изменениеэтих моментов. При этом мембранные силы вычисляются точно даже при очень грубом разбиении, но,чтобы уловить изменение моментов вблизи границ, требуется крайне мелкое разбиение." [10, стр.257].

При этом имеется определенная трудность в сопоставлении напряжений, полученных на сеткахразной густоты, которая связана с тем, что напряжения зачастую определяются в центрах конечныхэлементов и нужно приложить определенные усилия для того, чтобы иметь возможность сопоставитьнапряжения в одинаковых точках.Кроме того, при использовании некоторых типов конечных элементов (например, треугольные элементы слинейной аппроксимацией перемещений для решения плоской задачи теории упругости), поля напряженийимеют вид кусочно-постоянных функций, причем область их постоянства совпадает с треугольниками сетки.Значения напряжений, определенные с использованием этих элементов, очень меняются при переходе отэлемента к элементу, поэтому обычно применяется осреднение напряжений по элементам звезды, и относятих к узловой точке. Сопоставления таких полей напряжений затрудняется еще и наличием операцииосреднения.

Организация проверки практической сходимости должна учитывать, что решаемая задача можетиметь неприятные особенности, связанные с некорректной идеализацией конструкции. Типичным примеромявляется идеализация нагрузки в виде сосредоточенной силы (практически нереализуемая ситуация), скоторым могут быть связаны такие свойства решения задачи, как появление уходящих в бесконечностьрешений (логарифмическая особенность прогиба пластины под сосредоточенной силой) и высокиеградиенты поля напряжений.

Таким образом, проверку практической сходимости стоит организовать на примерах с близких кпрактически интересующему расчетчика классу задач, но таких, для которых имеются точные решения иизвестны их неприятные особенности. Тогда интерпретация результатов тестирования оказывается болеесодержательной. Некоторые задачи такого рода рассмотрены в следующем разделе.

20.1.3.Проверка сходимости для некоторых моделейБыли проведены сопоставительные расчеты шарнирно опертой квадратной пластинки загруженной

по всей площади равномерно распределенной нагрузкой. Расчеты выполнялись при четырех сеткахконечных элементов — 4×4, 8×8, 16×16 и 24×24 (рис.20.1).


329

Рис.20.1. Изополя изгибающих моментов для расчетных схемс различными сетками конечных элементов

В таблице 20.2 приведены результаты по перемещениям, изгибающим моментам и поперечнымсилам для конечных элементов различного типа, полученные на упомянутых сетках, эти же данныепроиллюстрированы на графиках, представленных на рис.20.2.

Таблица 20.2

Перемещения центра плиты при сетке:Тип КЭ 4x4 8x8 16x16 24x24

11/41 0,0180329 0,0172754 0,0170823 0,017045320/50 0,0166168 0,0169137 0,0169918 0,017005112/42 0,0161403 0,0168034 0,0169658 0,0169938

Момент в центре плиты:М -11/41 0,04781 0,04509 0,04443 0,04443М -20/50 0,03991 0,04313 0,04393 0,04408М -12/42 0,04787 0,04528 0,04432 0,04448

Поперечная сила на краю:Q -11/41 0,22 0,28 0,31 0,32Q -20/50 0,37 0,4 0,43 0,44Q -12/42 0,24 0,31 0,33 0,34


330

а)

б)

в)

Обозначения:

Рис.20.2. Сходимость результатов приравномерной нагрузке: а - по прогибам, б - помоментам, в - по поперечным силам

Как видно из таблицы и рисунка, практическая сходимость имеет место для прогибов и изгибающихмоментов при использовании конечных элементов всех типов, а для поперечных сил элементы 11-го типадают значения, заметно отличающиеся от величин, полученных с использованием других конечныхэлементов. Отметим, что элемент типа 20/50 был использован в схеме, где он присоединялся только кчетырем узлам, хотя имеется возможность ввести узлы на его сторонах (всего до восьми узлов).Контрольные расчеты при такой схеме использования показали, что точность результатов существенновозрастает и они приближаются к данным, получаемым на сетках вдвое большей густоты. Например, длясетки элементов 8х8 прогиб равнялся 0,01701, изгибающий момент - 0,0442 и поперечная сила - 0,278.

В другой серии численных экспериментов, когда та же пластинка была загружена сосредоточеннойсилой, результаты, представленные в таблице 20.3 и на рис.20.3, оказываются менее оптимистичными. Здесьзамедляется скорость практической сходимости по моментам, и еще более существенно - по поперечнымсилам, значения которых взяты в точке, расположенной на расстоянии четверти толщины от центрапластинки. По-видимому для поперечных сил вообще не следует брать во внимание значения для точек,столь близко расположенных около места приложения сосредоточенной нагрузки. Более детально этотвопрос анализируется ниже.


331

Таблица 20.3Перемещения центра плиты при сетке:

Тип КЭ 4x4 8x8 16x16 24x2411/41 0.511522 0.494164 0.488470 0.48718320/50 0.466266 0.480460 0.484425 0.48522212/42 0.432918 0.470046 0.481375 0.483493

Момент в центре плиты:М -11/41 2.61566 3.27276 3.93364 4.32066М -20/50 2.31761 3.04494 3.72290 4.11309М -12/42 1.89259 2.52465 3.17713 3.56252

Поперечная сила около центра:Q -11/41 7.26 14.58 29.18 43.77Q -20/50 6.50 13.31 26.81 40.26Q -12/42 11.37 25.59 53.21 80.42

а) б)

в)Обозначения:

Рис.20.3. Сходимость результатов принагружении сосредоточенной силой: а - попрогибам, б - по моментам, в - по поперечнымсилам


332

Следует отметить, что более быстрая сходимость результатов для некоторых типов конечныхэлементов дается за счет заметного увеличения времени счета. Поэтому следует сопоставлять потеривремени от использования этих элементов с потерями на решение задачи на более густой сетке прииспользовании элементов другого типа.

20.1.4. Обход особых точекВблизи особых точек, таких, где имеется резкая концентрация напряжений, применение конечных

элементов (равно как и других методов дискретизации) обычно затруднено, особенно в представлении полянапряжений. Приходится резко сгущать сетку конечных элементов и существенно увеличивать размерзадачи.

Однако упомянутое сгущение сетки может и не привести к результату (см., например рис. 20.2.в),что подталкивает к дополнительному анализу ситуации. Одним из наиболее распространенных сужденийявляется следующее - сосредоточенная сила есть не существующая в природе абстракция и если бы она быласоздана, то, проткнув бы конструкцию любой прочности и не встречая сопротивления, унеслась бы вбесконечность. Выходит, что эта идеализация создает искусственную трудность, в борьбе с которой можносовершать героические подвиги, но практическая значимость таких подвигов весьма относительна.Следовало бы помнить о том, каким образом фактически реализована в конструкции та сила, котораяидеализируется в форме сосредоточенной, тогда могут отпасть и вопросы о сходимости конечно-элементногорешения к точному.

Мы рассмотрим указанную проблему на примере расчета плиты на упругом основании, к которойприложена сосредоточенная сила. Этот пример является часто используемой идеализацией при расчетефундаментных плит (сосредоточенной силой имитируется нагрузка, передаваемая колонной), аэродромных идорожных покрытий (здесь сосредоточенная сила имитирует давление колеса) и в других практическиважных случаях.

20.2. Фрагментация

20.2.1. Методы сшивки решенийЕсли поведение решения вблизи особых точек все же представляет интерес, то возникает

необходимость локального уточнения расчетной модели. Типичным примером может служить действиесосредоточенной силы на пластинку, когда в малой окрестности этой силы напряженное состояние являетсясущественно пространственным, а обычные гипотезы теории пластин не выполняются. Возможен переход ктрехмерной модели, однако полная замена пластинчатых конечных элементов трехмерными приведет крезкому возрастанию размеров задачи. Следовательно, необходимо комбинирование двухмернойидеализации объекта с уточнениями, выполненными в трех измерениях. Проще всего сделать это методомфрагментации, используя глобально-локальный анализ. Такой анализ, вообще говоря, можно выполнить втрех формах [30]: 1 - по методу сил, когда на выделенный фрагмент передаются усилия от остальнойсистемы, найденные из глобального расчета; 2 - по методу перемещений, когда граница фрагментасмещается таким же образом, как в глобальном расчете; и 3 - смешанным методом. Мы приведем выкладкидля первого из указанных подходов.

В упомянутом и других подобных случаях достаточно естественной представляется следующаядвухэтапная процедура:

а) пренебрегая локальными особенностями конструктивного решения строится загрубленнаярасчетная схема первого приближения, которая дает возможность оценить напряженно-деформированноесостояние объекта в целом, и выполняется ее расчет;


333

б) выделяется фрагмент конструкции, содержащий интересующую нас особенность. К этомуфрагменту прикладываются реакции, полученные при отбрасывании остальной части конструкции, и силы,непосредственно приложенные к выделенному фрагменту. Фрагмент рассчитывается с использованиемболее детальной расчетной схемы и из полученного таким образом решения используется та часть, котораяотносится к точкам, расположенным на некотором удалении от границ фрагмента.

Такой подход согласуется с практикой выбора серии расчетных схем для анализа различныхособенностей поведения конструкции [28]. Однако он требует определенной интуиции и опыта дляисключения опасности, связанной с наличием неустранимой погрешности решения загрубленной задачи.Представленный ниже анализ возможного происхождения погрешности должен облегчить выбор решенийдля расчетчика.

20.2.2. Оценка погрешностейАнализ основан на сопоставлении двух расчетных схем, одна из которых (вообще говоря,

воображаемая) является подробной и детализирована в такой степени, что содержит полное описаниелокальной особенности. Часть именно этой схемы потом рассматривается при расчете фрагмента. Детальнаярасчетная схема описывается системой уравнений МКЭ в перемещениях

[K]u = p. (20.1)Вторая расчетная схема загрублена и удобна для практического анализа. Пусть для нее выбран

вектор основных неизвестных uo, размерность которого много меньше размерности вектора u, и пустьэти векторы связаны интерполяционным соотношением

u = [D]uo. (20.2)Тогда сужение матрицы жесткости [K] на загрубленную расчетную схему выглядит как

[Ko] = [D]T[K][D], (20.3)при этом [Ko] - матрица загрубленной расчетной схемы, для которойлегко строится решение загрубленных уравнений

[Ko]uo = [D]Tp (20.4)или может быть получена обратная матрица [Ko]-1.

Если считать, что искомое решение u может быть представлено через решение системы (20.4) какинтерполяция (20.2) с поправкой d, то

u = [D]uo + d = [D][Ko]-1[D]T + d (20.5)и подстановка (20.5) в (20.1) дает

[K]d = ([E] - [K][D][Ko]-1[D]T)p = [S]p. (20.6)В силу того, что

[D]T[S] = [D]T - [D]T[K][D][Ko]-1[D]T == [D]T - [Ko][Ko]-1[D]T = [D]T - [D]T = [0], (20.7)

для любого решения x системы разрешающих уравнений (20.1) и для любого решения xo системы (20.4)выполняется условие

([D]xo)Т() = xoТ[D]Т[S]x = 0. (20.8)Следовательно, при любой нагрузке p вектор правых частей (20.6) ортогонален интерполированномурешению (20.2).

Сказанное означает, что при переносе решения с загрубленной расчетной модели на детальную(детализируемый фрагмент) может быть потеряна та часть, которая связана с ортогональным дополнением кподпространству интерполяции, определяемому строками матрицы [D]. Если обратиться к уравнениям(20.4), то видно, что могут быть утеряны компоненты решения для нагрузок, самоуравновешенных внутрифрагмента, поскольку такие нагрузки в загрубленной модели приводятся к нулевым.

Известно, что локально действующие самоуравновешенные нагрузки вносят в решение добавку,затухающую обычно по мере удаления от места их приложения. В этом, собственно, и состоит принципаСен-Венана и для систем, где этот принцип соблюдается (имеются и такие системы, где он не справедлив[28, c.62]) ошибка локализации будет быстро убывать по мере удаления от источника самоуравновешенных


334

сил. К таким источникам принадлежит и самоуравновешенная часть реакции по границам фрагмента,которая соответствует решению однородной задачи с левой частью уравнений (20.5).

Для оценки скорости убывания ошибки можно рассмотреть задачу о действии самоуравновешеннойгруппы сил (-0,5; +1,0; -0,5), расположенных с шагом s на границе полуплоскости. Точки приложения этихсил соответствуют узлам загрубленной расчетной схемы и характерное расстояние между ними s - шагурасчетной сетки в этой схеме. В точке, расположенной под единичной силой на глубине х, напряжение нагоризонтальной площадке будет равно

σxx = -2/(πx)[1 - 1/(1 + 2α2 + α4)], (20.9)где α = s/x, а величина в квадратных скобках быстро убывает с ростом значения х и уже при х = 3sстановится пренебрежимо малой.

20.2.3. Конструирование стыкаПри использовании метода фрагментации на стыке фрагмента с основной схемой может оказаться,

что узлы фрагмента не имеют соответствующих им узлов по другую сторону стыка (рис.20.6). Возможна итакая ситуация, когда возникает несовпадение сеток разбиения на двухмерных и трехмерных конечныхэлементах, расположенных по разные стороны стыка. Таким образом возникает проблема созданияспециальных конечных элементов для заполнения стыков на границе между фрагментом и остальнойсистемой или использования других специальных приемов стыковки [31]. В комплексе SCAD роль такихэлементов могут играть элементы типа 20, 30 и 50, у которых предусмотрена возможность расстановки узловпо сторонам четырехугольника.

По-видимому важную роль может сыграть оптимизация сглаживания сетки (постепенное изменениеразмеров ее элементов).

Рис.20.6. Конструкция стыка


335

20.3. Наложение связей

20.3.1. Парирование изменяемостиВ практических расчетах довольно часто случаются ошибки следующего характера — расчетчик,

прекрасно понимая, что схема работает по вполне определенному закону деформирования (например, водной плоскости) забывает, что системе сообщен другой признак типа схемы (например, пространственнаясистема общего положения). Тогда конструкция оказывается изменяемой, и могут возникнуть некоторыенеприятные явления. Типичным примером, где такая ошибка была допущена, является расчетная схема порис. 20.7, где представлена фундаментная плита с примыкающими к ней стенами. Схема былагеометрически изменяемой, в ней были возможны следующие перемещения:

а) повороты всех узлов, расположенных в плоскостях стен, вокруг нормалей к этим плоскостям (этосвязано с тем, что конечный элемент плиты не воспринимает соответствующих крутящих моментов);

б) смещения системы в целом, как жесткого тела по направлениям осей X и Y.Результаты расчета изменяемой системы показали ошибку контроля точности решения 99%. Это связано стем, что несмотря на то, что комплекс SCAD устраняет геометрическую изменяемость самостоятельно впроцессе решения, такая процедура может привести к потере точности за счет неудачной стратегииустранения неизменяемости. Лучше изменяемость устранить аккуратно, например, в рассматриваемомслучае:

наложить связи на повороты узлов стенки вокруг нормали - UX для узлов на стенках, параллельныхплоскости YOZ, и UY на стенках, параллельных плоскости XOZ;

запретить перемещения системы как жесткого целого, для чего рекомендуется использовать внешнестатически определимую систему закреплений.

После внесения указанных изменений в расчетную схему никаких проблем с точностью решения невозникло.

Рис. 20.7. Расчетная схема

Процедура наложения узловых связей с точки зрения техники ее выполнения несложна. Проблемоймогут стать рациональное назначение тех связей, необходимость учета которых связана с изменяемостьюрассматриваемой расчетной схемы или ее фрагмента. Типичным примером может служить расчет плиты на


336

упругом основании, которая вполне достаточно раскреплена из плоскости изгиба, но в плоскости можетперемещаться как жесткое тело. Расчетчик понимает, что закрепление такой плиты в плоскости являетсянеобходимым, но не всегда верно выбирается удачный вариант такого раскрепления.

Во-первых, раскрепление желательно сконструировать таким образом, чтобы система была внешнестатически определимой (в плоскости плиты следует расположить три связи). Если это удастся сделать, тореакции в дополнительно наложенных связях должны оказаться нулевыми, из-за того, что отсутствуютнагрузки в плоскости плиты. Это рассуждение верно лишь теоретически, поскольку не учитываетнеизбежную погрешность численного решения. Накопление ошибок округления приводит к тому, что вместонулевой реакции мы получаем малые, но все же ненулевые значения реакций. Это свидетельствует о том,что в реальном численном представлении дело обстоит так, как если бы имела место некоторая небольшаяненулевая сила, действующая в плоскости плиты.

а) б)

Рис. 20.8. Наложение связей, парирующих изменяемость:а - рекомендуемая схема; б - неудачное раскрепление

Поскольку упомянутая сила воспринимается условно наложенными связями, то значенияполученных реакций оказываются зависящими от способа наложения связей. Если такие связи расположитьпо возможности далеко друг от друга (рис. 20.8.а), реакции окажутся малыми и не внесут заметноговозмущения в напряженное состояние. Если же, например, закрепить плиту в одной точке (рис. 20.8.б) отдвух смещений и поворота, что теоретически является возможным, что возмущение может оказатьсязаметным, и результаты расчета в окрестности такого узла окажутся искаженными.

Все сказанное выше относится к любому случаю раскрепления свободного (имеющего свободуперемещений как жесткого тела) фрагмента системы.

20.3.2. Учет особенностей работы конечных элементовПри создании расчетной схемы необходимо тщательно следить за тем, какие внутренние усилия

могут возникать в применяемых конечных элементах и как эти усилия согласуются друг с другом в общихузлах. Так, например, при примыкании стержневого элемента (ригеля) к балке-стенке отсутствует момент вригеле на опоре (в месте примыкания) при задании вертикальных и горизонтальных нагрузок на ригеле(рис. 20.9.а).

В качестве общего правила следует считать, что если какое либо усилие (в приведенном вышепримере — момент) не воспринимается конечным элементом, то такой элемент по отношению к указанномуусилию примыкает к узлу «шарнирно».

Для учета момента в точке примыкания необходимо запретить угловое перемещение путемналожения соответствующей связи. Это соответствует предположению о том, что изгибная жесткость балки-стенки на несколько порядков превышает изгибную жесткость ригеля. Результаты расчета (рис. 20.9.б)оказываются другими — в месте примыкания ригеля возникает момент.


337

а)

б)

в)

Рис. 20.9. Результаты расчета:а - до введения связей;б - после введения связей;в - фрагмент уточненной схемы

Конечно, введение защемления моделирует работу системы не очень точно. Более корректным былобы другое изменение расчетной схемы, при котором ригель продлевался бы далее, заходил на балку-стенкуна один ряд конечных элементов и крепился не в одном, а в двух узлах (рис. 20.9.в). Такое решение вбольшей мере соответствует конструкции здания, в которой ригель заводится внутрь стенки для опирания.

Аналогичные приемы используются во всех случаях, когда возникает необходимость рассмотретьсопряжение элементов различной размерности - стержней (одномерные) с пластинами (двумерными) илиобъемными (трехмерными) элементами, пластин и оболочек с массивами и т.п. На рис. 20.10 показанпример такого сопряжения, в котором цилиндрическая оболочка стенки и сферическая оболочка крышкизащитной конструкции атомного реактора сопрягается с массивным кольцом. Необходимо заметить, что вместе взаимопроникновения конструкций появляется некоторое возмущение жесткостных параметров,которое следует учесть при назначении их величин.


338

Рис. 20.10. Сопряжение стенки и крышки защитной оболочки реактора с массивным кольцом

20.3.3. Эффекты объединения перемещенийСтеснение свободы узловых перемещений в форме объединения перемещений, т.е. принудительного

навязывания значений перемещений одного узла другому, используется чаще всего для того, чтобыпромоделировать пренебрежение некоторыми деформациями системы. Так, например, если объединитьгоризонтальные перемещения узлов в местах примыкания ригеля к колоннам одноэтажной рамы, то этобудет эквивалентно использованию гипотезы об абсолютной жесткости ригеля по отношению кдеформациям растяжения-сжатия.

Для многоэтажного каркаса часто можно пренебречь податливостью перекрытий, считая ихабсолютно жесткими дисками. Если в такой схеме объединить горизонтальные компоненты перемещенийвсех узлов каждого перекрытия, то идея абсолютно жесткого диска будет реализована. Однако следуетобратить внимание на то, что при этом окажутся невозможными и закручивания перекрытий, которыесмогут получать только поступательные перемещения. Такой эффект может оказаться неприятнойнеожиданностью для расчетчика, особенно в случае здания несимметричной структуры.

Полезно обратить внимание еще на один вариант ошибки. В одной из практических задач(рис. 20.10) оказалось, что по результатам расчета плиты в ядре жесткости по направлению симметрии (Y)отсутствуют поперечные силы, а в другом направлении (Х) они есть. Сам факт наличия ядра жесткостимоделировался путем объединения перемещений в узлах примыкания ядра жесткости к плите, при этомобъединялись перемещения по Z (прогибы плиты) и углы поворота Ux, Uy.

Оболочка крышки

Оболочка стенки

Массивное кольцо


339

Рис. 20.10. Ðàñ÷åòíàÿ ñõåìà ïëèòû (фрагмент)

Объяснение этого результата связано с достаточно часто повторяющейся ошибкой — не учитываетсяразница между наложением связи (запретом перемещения) и объединением перемещений различных узлов.При объединенных перемещениях Z соответствующая часть плиты может перемещаться толькогоризонтально и создается впечатление, что и все углы поворота будут отсутствовать. Однако даже ихобъединение не может гарантировать равенство углов поворота нулю. Это иллюстрируется простой схемойна рис. 20.11, где узлы 1, 2, 3 … имеют одинаковое перемещение и одинаковые, но не равные нулю углыповорота.

Рис. 20.11. Объединение углов поворота

В задаче по рис. 20.10 более правильным было бы задать в зоне расположения ядра жесткости связи,запрещающие повороты Ux и Uy, и объединить перемещения Z.

Узлы объединения перемещенийпо направлениям Z, Ux, Uy


340

Рис. 20.12. Плита с цилиндрическим шарниром

Возможность объединения не всех, а только части перемещений может использоваться дляформирования некоторых специальных типов граничных условий в конструкциях нестержневого типа, длякоторых, в отличие от стержневых систем, не могут быть описаны "неполные" присоединения к узлам(шарниры). Так, например, если возникает необходимость описать конструкцию опертой по контуру плитыABCD, две половины которой шарнирно соединены по линии EF (рис. 20.12), то для этого достаточно, чтобывдоль этой линии имелось две системы узлов (…, 6, 10, 42, … и …, 7, 11, 43, …), к которым примыкаютлевая (ABEF) и правая (FECD) половины конструкции, и для смежных пар узлов объединить всеперемещения, кроме поворота вокруг оси Y.


341

20.4. Конструкции на упругом основании

20.4.1. Использование законтурных элементов упругого основанияПри расчете конструкций на упругом основании возникают проблемы учета распределительных

свойств основания, которые игнорируются в простейшем случае винклерова основания (клавишная модель).Большинство реальных грунтов обладают распределительной способностью, когда, в отличие отвинклеровой расчетной схемы, в работу вовлекаются не только непосредственно нагруженные частиоснования. Следовательно, для учета распределительной способности основания необходимо, во-первых,использовать отличные от винклеровой модели основания и, во-вторых, ввести в расчетную схему те частиоснования, которые расположены за пределом фундаментной конструкции.

Учет части основания, расположенной за областью Ω, занимаемой самой конструкцией, в SCADможет выполняться с использованием "бесконечных" конечных элементов [9] типа клина или полосы. Этиэлементы позволяют смоделировать все окружение области Ω, если она является выпуклой и многоугольной(рис. 20.13).

Многоугольность области практически всегда обеспечивается с той или иной степенью точности.Если же область Ω является невыпуклой или неодносвязной, то она должна быть дополнена до выпуклойобласти конечными элементами ограниченных размеров. При этом в дополняемых частях толщина плитыпринимается равной нулю.

Рис.20.13. Расположение законтурных конечных элементов типа клина и полосы:1 - плита; 2 - дополнение области Ω до выпуклой; 3 - элемент-полоса; 4 - элемент-клин

Использование только имеющихся конечных элементов на упругом основании (стержней, плит,оболочек) и специальных законтурных элементов не позволяет создать произвольную расчетную схемуконструкции, расположенной на упругом основании. В частности, могут возникнуть сложности, например,при попытке построить расчетную модель плотины, работающей в условиях плоской деформации, посколькуэлементов типа балки-стенки на упругом основании комплекс SCAD не имеет.

Проблема решается очень просто путем включения между контуром плотины и грунтом элементовстержневого типа на упругом основании. При этом жесткость такого стержня может быть задана нулевой.Аналогично можно “подстелить” плиту с нулевой жесткостью на упругом основании под массивную частьрасчетной модели.


342

20.4.2. Выбор параметров упругого основанияВычислительный комплекс SCAD предоставляет пользователям процедуры для расчета зданий и

сооружений в контакте с основаниями. Эти процедуры состоят в вычислении обобщенных характеристикестественных или искусственных оснований. Обычно проектировщики испытывают определенныезатруднения при назначении этих характеристик, особенно, для неоднородных слоистых оснований, т.к.получение соответствующих экспериментальных данных требует проведения специальных натурныхиспытаний, а накопленные табличные данные далеко не всегда адекватны реальным условиямпроектирования. Отметим, что СНиП 2.02.01-83* ”Основания зданий и сооружений” дает определенныйнабор нормативных значений прочностных и деформационных характеристик грунтов, в том числе модулидеформации (Приложение 1). Пункт 2.10 этого СНиП допускает применять другие параметры,характеризующие взаимодействие фундаментов с грунтом основания и устанавливаемых опытным путем, втом числе коэффициенты жесткости основания. Именно эти обобщенные характеристики, которые обычнозакладывают в процедуры МКЭ для расчета зданий и сооружений в контакте с основаниями, включены вSCAD.

Использование расчетных схем типа упругого слоя конечной толщины или упругогополупространства резко увеличивает размерность задачи. Поэтому получила широкое распространениемодель П.Л.Пастернака [16] или В.З.Власова-Н.Н.Леонтьева [2] с двумя коэффициентами постели, в которойсохраняется размерность задачи при одновременной возможности учесть распределительные свойствагрунта.

Для вычисления характеристик в состав комплекса введен специальный блок, в котором выделяетсядва состояния основания, соответствующих двум периодам.

1. Состояние в период возведения сооружения и непосредственно после возведения, когдапроисходит активная осадка сооружения вследствие необратимых деформаций основания.

2. Состояние после завершения осадочных явлений и стабилизации основания, т.е. в периоднормальной эксплуатации сооружения.

Эти состояния требуют назначения различных расчетных схем основания. Первое предполагаетвозможным рассматривать его как линейно деформируемое полупространство, характеризуемое модулемдеформации. Второе — как упругое полупространство, характеризуемое модулем упругости. Этихарактеристики должны быть дополнены коэффициентами Пуассона. Они являются исходнымипараметрами для определения обобщенных характеристик основания, однородного или слоистого. В отличиеот некоторых используемых методик, процедуры SCAD не требуют введения в исходные данные такихпараметров, как глубина сжимаемой толщи основания, определение которой согласно Приложения 2 СНиП2.02.01-83* связано с расчетом напряженного состояния в слоях основания. Программа оперирует с такимпараметром, как коэффициент затухания осадок по глубине слоев, который вычисляется в процессе расчета ине требует задания в явном виде, что представляется существенным преимуществом предложенныхпроцедур.

Предполагается также, что и другие исходные данные (модули деформации или упругости,коэффициенты Пуассона) для слоев основания могут быть заданы не в явном виде, а путем выбора изописания тех грунтов и искусственных фаз оснований, которые соответствуют естественным проектируемымслоям и заложены в программу. В явном виде должны быть заданы только толщины промежуточных слоев,однако, не требуется задание глубины сжимаемой толщи нижнего подстилающего слоя.

В основу процедур вычисления обобщенных характеристик основания, однородного или слоистого,положены два функциональных решения для полупространства:

• решение Ж.Буссинеска для осадки полупространства жестким штампом под равномернораспределенной нагрузкой (равномерным удельным давлением);

• решение для осадок полупространства под нагрузкой согласно упомянутой вышедвухпараметровой модели основания, обобщенное в [19] для слоистого полупространства.

Соответственно второму решению, обобщенными характеристиками основания, вычисляемымиSCAD, являются два параметра, характеризующие работу основания на сжатие и на сдвиг. Для двух


343

рассматриваемых состояний основания они будут различны. Для первого состояния (периода необратимыхосадок) исходными данными являются модули деформации и коэффициенты Пуассона слоев, их толщины, атакже, дополнительно, площадь опорной конструкции здания или сооружения, непосредственноконтактирующую с основанием. Предполагается, что сооружение с опорной конструкцией значительнопревосходит жесткость основания, т.е. создается эффект “жесткого фундамента“. Поэтому, если сооружениесостоит из нескольких раздельных блоков, то площадь опорной конструкции (фундамента) относят ккаждому отдельному блоку. Полученные в результате расчета характеристики К1 и К2 являютсякоэффициентами деформативности основания при сжатии и сдвиге, соответственно.

Первый из этих коэффициентов - K1 (МН/М3=102Т/М3) позволяет определить прогнозируемуювертикальную осадку сооружения

W = P/K1, (20.13)где P - среднее действительное удельное давление по подошве конструкции (фундамента) сооружения. Этодавление может быть сопоставлено со средним расчетным давлением (отпором) основания. Функциядавления будет найдена по функции осадок (вертикальных перемещений) подошвы фундамента и являетсярезультатом расчета, отвечающего следующему выражению:

P(x,y) = K1W(x,y) - K2∇2W(x,y), (20.14)где P(x,y), W(x,y) - функции давления (отпора ) и осадок в узлах, совместных для подошвы фундамента иповерхности основания. Сопоставимость заданных и расчетных значений P и W будет служитьобоснованием достоверности результатов определения коэффициентов деформативности K1 и K2, а такжепрогнозируемой осадки проектируемого сооружения.

Для второго состояния основания (период нормальной эксплуатации сооружения) исходнымиданными являются модули упругости и коэффициенты Пуассона слоев, их толщины. Как и ранее, глубинанижнего подстилающего слоя не задается. Какие-либо данные о размерах опорной конструкции(фундамента) не вводятся. Получаемые характеристики C1 и C2 являются коэффициентами постели(жесткости) упругого основания при сжатии и сдвиге, соответственно. Они характеризуют работу основания,в котором возникают только упругие (обратимые) деформации под действием временных эксплуатационныхнагрузок, а также нагрузок от природных явлений (ветер, снег и т.д.).

Формулы (20.13), (20.14) , в которых необходима замена K1→C1 и K2→C2, позволяют найти упругоевертикальное перемещение сооружения как жесткого целого, а результаты расчета сооружения - функцииупругих перемещений и давления (отпора) по подошве фундамента сооружения.

20.4.3. Водонасыщенные грунтыВо многих случаях, в особенности при рассмотрении гидроэнергетических сооружений, следует

считаться с тем, что грунты основания являются водонасыщенными. Теория таких сред, развитая Био [22], вкоторой учитывается упругое и вязкое взаимодействие твердой и жидкой фаз в пористоупругой насыщеннойжидкостью двухфазной среде, достаточно сложна и используется чаще всего при решении весьмаспецифических проблем. Однако, можно рассмотреть предельные случаи водонасыщенной среды,различаемые по степени связности между твердой и жидкой фазами грунта.

Первым предельным случаем является среда "без связи", в которой жидкость свободно циркулируетмежду зернами твердой фазы (маловлажные пески, песчаники). Второй предельный случай - "совершеннаясвязь", характеризуется тем, что жидкость не может циркулировать в замкнутых порах (глины, известняки) ивыдавливается из них при действии внутренних напряжений.

Критерием для оценки перехода к предельным случаям является значение безразмерной константы

,1 2

2

CKAg

mmB

s

f

Φ×

ρρ

×−

= (20.15)

где m - пористость, ρf и ρs - плотность жидкой и твердой фаз, A - полуширина фундамента, KΦ -коэффициент фильтрации, C2 - скорость распространения поперечной волны, g - ускорение свободногопадения. Константа В в среде без связи стремится к нулю, а в среде с совершенной связью - к бесконечности.


344

При этом основными характеристиками, определяющими значение В, являются скорости распространенияпродольной и поперечной волн V1 и V2, а также коэффициент Пуассона.

Для среды без связи скорости распространения волн вычисляются по формулам

,)1(;;21

12

11 smCC ρ−=ρ

ρµ

=ρ

µ+λ= (20.16)

где λ и µ — параметры Ляме.Для среды с совершенной связью

.3/2,/,1

,)1(;;212

21

µ+λ==−=α

ρ+ρ−=ρρµ

=ρ

α+µ+λ=

gfsg

fs

KmKMKK

mmCMC(20.17)

Здесь Ks и Kf — истинные модули сжимаемости твердой и жидкой фаз.Расчеты для указанных предельных случаев выполняются как для упругой среды со следующими

значениями определяющих упругих параметров:• коэффициент Пуассона ν = (1 - 2β2)/(2 - 2β2), где β = С2/С1;• модуль упругости Е = 2µ(1 + ν).Необходимо отметить, что константа В зависит от размера фундамента, и при одних и тех же

грунтах использование той или иной расчетной модели будет также зависеть от полуширины фундамента А.Так, например, для водонасыщенного песка с характеристиками λ = 0,23×109 Н/м2; µ = 0,1×109 Н/м2; Ks =3,6×1010 Н/м2; Kf = 1,92×109 Н/м2; m = 0,45; ρs = 2,65×103 Н/м3; ρf = 1,0×103 Н/м3; КФ = 10-2 м/скритериальная константа В = 0,52А. Следовательно, при малых размерах фундамента В ⇒ 0 (или, точнее, В<< 1) и можно пользоваться моделью "среды без связи" с характеристиками ν = 0,35 и Е = 2,7×108 Н/м2.

20.5. Использование абсолютно жестких вставок

При расчете стержневых систем часто возникает необходимость учесть эксцентричность стыковкиэлементов в узлах (рис. 20.14.а).

Рис. 20.14. Ступенчатый стык

Вставка между узлами n и n+1 стержня с очень большой, но конечной жесткостью, как это представляетсяинтуитивно возможным, приводит к резкой потере точности вычислений за счет ухудшения числаобусловленности матрицы жесткостей [29]. Для обхода этой вычислительной трудности в комплексе SCADпредусматривается возможность использовать бесконечно жесткие вставки по концам стержневыхэлементов. Тогда расчетная схема имеет только один узел, занимающий произвольное положение на прямой


345

между узлом n и узлом n+1, и к этому узлу концевые сечения соседних элементов присоединяются черезжесткие вставки. Потеря точности в этом случае не наблюдается1. Проще всего можно поступить, еслиединственный узел N совместить с одним из узлов пары n, n+1, тогда абсолютно жесткая вставка появитьсятолько у одного из элементов.

Платой за это упрощение является то, что внутренние усилия будут определены лишь на упругойчасти стержня.

Использование абсолютно жестких вставок особенно рекомендуется в тех случаях, когдарассматривается плита или оболочка, подкрепленная ребрами, эксцентрично расположенными поотношению к срединной поверхности. Если эти ребра моделируются стержневыми элементами, то учестьэксцентриситет можно лишь при использовании абсолютно жестких вставок.

Рис. 20.15.При расчете стержневых систем высота сечения обычно не превышает 1/8 ÷ 1/10 расстояния между

узлами. Но встречаются конструкции, когда это отношение доходит до 1/5 или даже 1/3 (некоторые видыфундаментов под турбоагрегаты, диафрагмы зданий, гидротехнические сооружения и др.). В этом случаестержневая расчетная схема с точечными узлами, расположенными на пересечениях осей элементов,становится некорректной. Широко распространено предложение учитывать при этом реальные размеры"узлов", используя для этих целей стержневые элементы с бесконечно жесткими вставками. Пример такойсхемы, построенный в соответствии с рекомендациями [32], представлен на рис. 20.15. Этот приемнастолько давно используется, что расчеnчики практически никогда не задают вопрос о правомерностииспользования гипотезы недефомируемости "узла". Вместе с тем он далеко не лишен смысла, что видно израссмотрения результатов расчета модельной задачи (рис.20.16)

1 Полезно заметить, что при вставке между узлами n и n+1 стержня с очень малой жесткостью, потеря обусловленности непроисходит [25].


346

Рис. 20.16. К анализу работы узла конечных размеровВ ее стержневой модели горизонтальные перемещения отсутствуют, и вертикальный стержень не

изгибается. Более детальная расчетная схема указывает на наличие горизонтальных перемещений, которыевозникают вследствия стеснения деформаций сжатия по линии сопряжения АБ. Поскольку напротивоположной стороне "стойки" этого стеснения нет, то возникает неравномерность распределениянапряжений, эквивалентная изгибу.


347

20.6. Расчет на заданные перемещения

Необходимость расчета на заданные смещения возникает в практике проектирования чаще всеготогда, когда рассматриваемая система прикреплена к другой намного более мощной системе, которая невходит в расчтеную модель и играет роль "земли". Если упомянутая мощная система испытывает некоторыедеформации, то для рассчитываемой конструкции следует учесть навязываемые смещения опорных узлов.Необходимо обязательно отметить, что могут задаваться лишь те перемещения узла, которые в отсутствиедеформационного равны нулю (неподвижны), т.е. этот тип нагружения определяется перемещениямисвязей.

Для расчета на заданные смещения связей в SCAD предусмотрено использование нуль-элементов[17], схема простейшего элемента такого типа представлена на рис. 20.17. Он представляет собойкомбинацию последовательно соединенных друг с другом пружин положительной жесткости С иотрицательной жесткости -С. Поскольку для последовательно соединенных элементов податливости 1/С и1/(-С) суммируются, то полученный элемент суммарной нулевой податливости по отношению к взаимномусмещению его крайних узлов является абсолютно жесткой связью.

Если в качестве внешнего воздействия на систему необходимо приложить принудительноесмещение пары внешних узлов на величину ∆, то достаточно приложить к внутреннему узлу нуль-элементасилу силу Р = С∆ и уравновесить ее в другом узле (см. рис. 20.17.б).

Рис. 20.17. Нуль-элементВсе приведенные выше рассуждения остаются справедливыми при любом ненулевом значении

параметра жесткости С, но исходя из соображений хорошей обусловленности матрицы жесткостей системырекомендуется выбирать его не слишком отличающимся от жесткостных параметров близлежащихэлементов.


348

20.7. Скрытые жесткости

Сочетание в одной расчетной схеме элементов (стержней), базирующихся на различных теориях,требует особо внимательного отношения расчетчика к формированию расчетной схемы конструкции.Комплексные механические модели подобного рода могут провоцировать получение некорректныхрезультатов расчета.

В качестве иллюстрации высказанного положения рассмотрим следующую простую по своейпостановке задачу. Пусть требуется произвести расчет однопролетной многоэтажной (20 этажей) рамы (такназываемой “этажерки”), изображенной на рис. 20.18.

Рис. 20.18. Схема с двумя типами стержней

Пусть более мощная стойка рамы (стойка “1” на рис.20.18) имеет характеристики, в отношениикоторых расчетчик принимает решение о необходимости учета деформаций сдвига. Иначе говоря, длястойки “1” в расчетной схеме используется теория Тимошенко для изгибаемого стержня. Пусть далее вотношении стойки “2” принимается решение об использовании классической теории изгиба стержней, тоесть теории Бернулли-Эйлера, основанной на гипотезе плоских сечений при пренебрежении деформацийсдвига. Что касается шарнирно присоединенных к стойкам ригелей, то будем считать их недеформируемымив продольном направлении, то есть абсолютно жесткими на растяжение - сжатие.

Расчет, изображенной на рис. 20.18 рамы не представляет каких-либо затруднений и может бытьвыполнен по любой из имеющихся в распоряжении инженера-расчетчика программных систем, способныхобрабатывать как стержни Тимошенко, так и классические стержни Бернулли-Эйлера. Возьмем для примераследующие (условные и заданные в условных единицах измерения) жесткостные характеристики, а именноположим:

EI1 = 3,5·109 , GF1 = 16,0·106 , EI2 = 3,5·107 .Естественно ожидать, что основная часть нагрузки будет восприниматься более мощной стойкой, то естьстойкой “1”, так как ее изгибная жесткость EI1 на два порядка превышает аналогичную жесткость EI2 стойки“2”. Однако результаты выполненного расчета неожиданно (на первый взгляд) показывают, что значениепоперечной силы в нижнем сечении стойки “1” равняется Q1(0) = 0,275Р, тогда как на стойку “2” передаетсявся оставшаяся часть нагрузки, то есть Q2(0) = 0,725P. Подобное распределение поперечных силпротиворечит привычной инженерной интуиции, ожидающей как раз противоположного результата.


349

Для того чтобы понять причины происхождения этого эффекта, следует учесть, что за условиемпренебрежения деформаций сдвига для стерженя Бернулли-Эйлера кроется предположение о егобесконечной жесткости на сдвиг, в то время как для стержня Тимошенко она имеет вполне определеннуюконечную величину. Именно эта скрытая бесконечная жесткость и определяет перераспределение усилий всистеме.

20.8. Учет несовершенств системы

Расчет, выполняемый с помощью SCAD, основывается на использовании идеализированнойрасчетной модели, которая, вообще говоря, не учитывает возможные неидеальности. К сожалению,отечественные нормативные документы не уделяют этой проблеме должного внимания. Поэтомуприведенные ниже рекомендации базируются на зарубежном опыте, который представлен в Еврокоде-3 (см.ENV 1993-1-1. Design of steel structures. - part 1 "General rules and rules for building").

Еврокод регламентирует некоторые элементы общего статического расчета несущей системы,допуская определение внутренних сил и моментов методами:

упругого расчета - для любых систем;упруго-пластического или жестко-пластического расчета - для систем с необходимым

подкреплением против потери устойчивости.Упругий расчет по недеформированной схеме допускается в тех случаях, когда приращения

внутренних сил и моментов ∆R, возникающие за счет учета влияния перемещений системы под нагрузкой,не превышает 10% от величины R, полученной без учета этого влияния. В частности, для ортогональныхмногоэтажных рам расчет по недеформированной схеме возможен если

(δ/h) ≤ 0,1(ΣH/ΣV),где: δ - горизонтальное смещение верха рамы, h - общая высота конструкции, ΣH - сумма горизонтальных реакций, ΣV - общая вертикальная сила, действующая на раму.

Возможные несовершенства реальной системы могут привести к снижению уровня критическойнагрузки (по сравнению с результатами расчета идеализированной системы). В связи с этим нерекомендуется применять конструкции, у которых коэффициент запаса по общей устойчивости меньше 1,25.

В отличие от СНиП, EUROCODE требует учета возможных начальных несовершенств и привыполнении общего статического расчета системы. В общем случае учету подлежат несовершенства системыв целом, несовершенства (неидеальность) узловых соединений и несовершенства элементов конструкции.

Для многоэтажных рам таким несовершенством является отклонение от вертикалиΨ = kcksΨo,

где: Ψo - допускаемый перекос колонны (например, Ψo = 1/200);kc = (0,5 + 1/nc)1/2, но kc ≤ 1;ks = (0,2 + 1/ns)1/2, но ks ≤ 1;ns - число этажей;nc - общее число колонн, проходящих через все этажи, у которых нагрузка не ниже 50% от средней

нагрузки на колонну.Допускается учитывать эти отклонения в виде эквивалентных горизонтальных сил по схеме

рис.20.19. Такие силы могут действовать по всем возможным горизонтальным направлениям и необходимовыбрать неблагоприятные из них (например, для схемы по рис. 20.19, если ветер на раму действует слеванаправо, то неблагоприятным будет направление сил ψF1 и ψF2 - тоже слева направо).


350

Рис. 20.19. Эквивалентные силы для учета отклонений от вертикали

Рис. 20.20. Эквивалентные силы для связевых систем

При расчете связевых систем, обеспечивающих боковую жесткость конструкции, необходимоучитывать начальные несовершенства раскрепляемых элементов в виде их искривлений со стрелкой eo =krL/500, где kr = (0,2 + 1/nr)1/2, но kr ≤ 1; nr - число подкрепляемых элементов.

Эквивалентная нагрузка на связевую системуq = (ΣN/L)(kr + 500δq/L)/62,5,

где δq - прогиб связевой системы (рис.20.20). В тех случаях, когда связевая система стабилизируетизгибаемые элементы, усилия N могут быть определены как

N = M/h,где M - максимальный изгибающий момент и h - высота изгибаемого элемента.


351

Литература к главам 19 и 20

1. Блехман И.И., Мышкис А.Д., Пановко Я.Г. Механика и прикладная математика: Логика и особенностиприложений математики. - М.: Наука, 1983. 328 с.

2. Власов В.З., Леонтьев Н.Н. Балки, плиты, оболочки на упругом основании. — М.: Гос.изд. физ.-мат.лит.,1960.

3. Вовкушевский А.В., Шойхет Б.А. Расчет массивных гидротехнических сооружений с учетомраскрытия швов.—М.: Энергия, 1981.—136 с.

4. Джордж А., Лю Дж. Численное решение больших разреженных систем уравнений.- М.: Мир, 1984.-333с

5. Динамический расчет зданий и сооружений (Справочник проектировщика) /Под ред. Б.Г.Коренева иИ.М.Рабиновича. - М.: Стройиздат, 1984.-303с.

6. Динамический расчет сооружений на специальные воздействия (Справочник проектировщика) /Подред. Б.Г.Коренева и И.М.Рабиновича. - М.: Стройиздат, 1981.-215с.

7. Доннелл Л.Г. Балки, пластины и оболочки. М.: Гл. ред. ф.-м. наук, 1982. 568 с.8. Евзеров И.Д. Оценки погрешности несовместных конечных элементов плиты. Деп. в УкрНИИНТИ,

1467.— Киев, 1979.— 9 с.9. Елсукова К.П., Сливкер В.И. Некоторые особенности МКЭ при расчете конструкций на упругом

основании.— В кн. Метод конечных элементов и строительная механика. Труды ЛПИБ 349.— с.69-80.

10. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике.— М.: Мир, 1975.— 542 c.11. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимации. М.: Мир, 1986. 318 с.12. Зенкевич О.К., Айронс Б.М., Скотт Ф.К., Кемпбелл Дж. С. Анализ трехмерного напряженного

состояния.— В кн.: Расчет упругих конструкций с использованием ЭВМ. Том 1.— Л.: Судостроение,1974, с.293-305.

13. Карпиловский В.С. Методы конструирования конечных элементов. Деп. в УкрНИИНТИ, 3153.—Киев, 1980.— 20 с.

14. Метод суперэлементов в расчете инженерных сооружений. /В.А.Постнов, С.А.Дмитриев, Б.К.Емышев,А.А.Родионов.- Л.: Судостроение, 1989.-288с.

15. Методы расчета стержневых систем, пластин и оболочек с использованием ЭВМ. часть 1. / Под ред.Смирнова А.Ф. / М.: Стройиздат, 1976. 248 с.

16. Пастернак П.Л. Основы нового метода расчета фундаментов на упругом основании при помощи двухкоэффициентов постели.— М.-Л.:Гос.изд.лит. по строительству и архитектуре, 1954.

17. Перельмутер А.В., Сливкер В.И. О реализации сложных кинематических условий при расчетедискретных систем методом перемещений.— В кн.: Метод конечных элементов и строительнаямеханика. Труды ЛПИ N 369. Л. 1979. C.26-39.

18. Пискунов В.Г., Карпиловский В.С. и др. Расчет кpановыx констpукций методом конечныx элементов.М.: Машиностpоение, 1991. 240 с.

19. Пискунов В.Г., Федоренко Ю.М. Динамический метод контроля состояния слоистых плит на упругомосновании, Архитектура и строительство Белоруси, 5-6, 1994, с.19-22

20. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Гл. ред. ф.-м. наук,1988. 712 с21. Ржаницын А.Р. Устойчивость равновесия упругих систем. М. Гостехстройиздат, 1955.-475с.22. Сеймов В.М., Трофимчук А.Н., Савицкий О.А. Колебания и волны в слоистых средах.— Киев: Наукова

думка, 199023. Смирнов А.Ф., Александров А.В., и др. Строительная механика. Стержневые системы. М.:

Стройиздат, 1981. - 512 с.


352

24. СНиП II-7-81. Строительство в сейсмических районах / Госстрой СССР. - М.:Стройиздат, 1982.- 48с.25. Стрелец-Стрелецкий Е.Б. Расчетные сочетания напряжений для конструкций типа балки-стенки и плиты.Строительная механика и расчет сооружений. 1986. N3.

26. Стренг Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов.— М.: Мир, 1977.—350 с.27. Сьярле Ф. Метод конечных элементов для эллиптических задач. М.: Мир, 1980. 512 с.28. Феодосьев В.И. Десять лекций-бесед по сопротивлению материалов. - М. Наука, 196929. Чу К.-С. Определенный вид плохо обусловленной матрицы жесткостей, Ракетная техника икосмонавтика, 1973, 1, с.125-127.

30. Sabahi D., Rose T. Special Applications of Global-Local Analysis, MSC/NASTRAN 1992 World Users`Conference Proceedings.

31. Schiermeier J.E., Housner J.M., Ranson J.B., Aminpour M.A., Stroud W.J. The Application of InterfaceElement to Dissimilar Meshes in Global/Local Analysis, MSC 1996 World Users Conference Proceedings

32. Городецкий А.С., Евзеров И.Д., Стрелец-Стрелецкий Е.Б., Боговис В.Е., Гензерский Ю.В., ГородецкийД.А. Метод конечных элементов: теория и численная реализация. Программный комплекс "Лира-Windows".— К.: ФАКТ, 1997.

А л ф а в и т н ы й у к а з а т е л ь

353

Алфавитный указатель

Аабсолютно жесткие вставки.............................................................................................................................. 118анализ перемещений................................................................................................................................. 159; 160анализ результатов работы постпроцессоров................................................................................................... 164анализ усилий ................................................................................................................................................... 161анимация................................................................................................................................................... 159; 160арматура ........................................................................................................................................................... 255Ббалка-стенка ............................................................................................................................................. 259; 271балочный ростверк ............................................................................................................................................. 47Вввод и удаление шарниров ............................................................................................................................... 119ввод узлов ..................................................................................................................................................... 49; 88ввод элементов ............................................................................................................................................. 49; 96вес собственный................................................................................................................................................ 129визуализация атрибутов конечных элементов ................................................................................................. 184восстановление удаленных узлов ....................................................................................................................... 87восстановление удаленных элементов ............................................................................................................... 98выбрать, отметить, маркировать узлы, элементы.............................................................................................. 32выбрать, отметить, маркировать элементы ....................................................................................................... 97Ггармонические колебания................................................................................................................................. 147геометрические преобразования ........................................................................................................................ 74главные напряжения......................................................................................................................................... 231группы................................................................................................................................................105; 169; 252группы нагрузок ............................................................................................................................................... 138группы РСУ (расчетных сочетаний усилий) .................................................................................................... 229Ддеформации ...................................................................................................................................................... 159динамические воздействия ............................................................................................................................... 142документатор .................................................................................................................................................... 217Еединицы измерения .............................................................................................................................. 17; 19; 158Жжесткие вставки................................................................................................................................................ 118жесткости объемных элементов ....................................................................................................................... 115жесткости пластин ............................................................................................................................................ 114жесткости стержней.......................................................................................................................................... 108Ззагружения........................................................................................................................................................ 127закладка .............................................................................................................................................................. 15зеркальное отражение......................................................................................................................................... 76Иимпорт данных ................................................................................................................................................. 207импульс, удар.................................................................................................................................................... 148инерционные характеристики сечения............................................................................................................. 111


354

инерционные характеристики, динамические нагрузки, массы ...................................................................... 149Ккнопка ................................................................................................................................................................. 15комбинации загружений................................................................................................................................... 221конечные элементы, визуализация атрибутов ................................................................................................. 184координационные оси....................................................................................................................................... 188копирование схемы ...................................................................................................................................... 69; 70копирование фрагмента схемы .......................................................................................................................... 72корректировка жесткости специальных элементов ..................................................................................182; 183корректировка жесткости элемента ..................................................................................................182; 197; 198корректировка нагрузок на элемент..........................................................................................................197; 198корректировка экранных шрифтов .................................................................................................................. 201коэффициент упругого основания .................................................................................................................... 113курсоры............................................................................................................................................................... 16Ммасштабирование ......................................................................................................................................... 75; 76модальный анализ ............................................................................................................................................ 148Ннагрузка на фундамент, нагрузка от фрагмента схемы ................................................................................... 251нагрузки............................................................................................................................................................ 127некорректная операция..............................................................................................................................132; 133Ообъединение перемещений............................................................................................................................... 123оси инерции сечения......................................................................................................................................... 120Ппараметры расчета ........................................................................................................................................... 151промежуточные сечения................................................................................................................................... 121пульсации ветра................................................................................................................................................ 147Рразбивочные оси................................................................................................................................................. 80расчетные сочетания усилий .....................................................................................................................223; 224Ссборка схемы из схем ......................................................................................................................................... 64свободные длины.............................................................................................................................................. 243связи ................................................................................................................................................................. 122сейсмика ........................................................................................................................................................... 145сечения промежуточные................................................................................................................................... 121собственный вес ............................................................................................................................................... 129сортамент.......................................................................................................................................................... 110спектры ответа.................................................................................................................................................. 245Ттемпературные нагрузки .................................................................................................................................. 135тип элемента, назначение................................................................................................................................. 117точность позиционирования курсора ................................................................................................................. 84триангуляция ...................................................................................................................................................... 52Уудаление нагрузок ............................................................................................................................................ 136узловые нагрузки.............................................................................................................................................. 130узлы .................................................................................................................................................................... 86унификация....................................................................................................................................................... 228


355

упаковка данных................................................................................................................................................. 26упругого основания коэффициент .................................................................................................................... 113условия примыкания, шарниры ....................................................................................................................... 119устойчивость ..................................................................................................................................................... 241Фферма ............................................................................................................................................................ 45; 46физико-механические свойства материалов .................................................................................................... 116фильтры отображения информации ................................................................................................................. 179форма потери устойчивости ............................................................................................................................. 243фрагмент, выделение на проекциях ................................................................................................................. 175фрагментация на координационных осях ........................................................................................................ 177фрагментация при работе с цветовой шкалой.................................................................................................. 195фундамент, расчет нагрузок от фрагмента схемы ........................................................................................... 251Ццветовая шкала ................................................................................................................................................. 154Ччисленное описание типа жесткости ................................................................................................................ 110Шшарниры, условия примыкания ....................................................................................................................... 119Ээквивалентные напряжения.............................................................................................................................. 231экспорт данных................................................................................................................................................. 207


356

Documents

SCAD для чайников