SCAD-учебное пособие

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Департамент научно-технологической политики и образования

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЧЕЛЯБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ»

Кафедра «Сопротивление материалов»

ПОСТРОЕНИЕ ЭПЮР ВНУТРЕННИХ СИЛОВЫХ ФАКТОРОВ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ STRUCTURE CAD ДЛЯ WINDOWS

Методические указания к лабораторно-практическому занятию

для студентов специальности 110301 — «Механизация сельского хозяйства»

Челябинск

2011

Составитель Игнатьев А.Г. — докт. техн. наук, доцент (ЧГАА)

Рецензент

Кульневич В.Б. — канд. техн. наук, доцент (ЧГАА)

Печатается по решению редакционно-издательского совета ЧГАА

© ФБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия», 2011.

2

Цель работы — освоить методику построения эпюр внутренних силовых факторов в балках с использованием проектно-вычис- лительного комплекса Structure CAD для Windows.

ЛИТЕРАТУРА

1.Перельмутер А.В., Сливкер В.И. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа: изд. 2-е, перераб. и доп. Киев: Сталь, 2002.

2.Жилкин В.А. Построение эпюр внутренних силовых факторов в балках и рамах с помощью программных продуктов SCAD

èMathCAD. Челябинск: Уральский филиал МАДИ, 2006.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К РАБОТЕ

1.Понятие и виды внутренних силовых факторов.

2.Определение внутренних силовых факторов методом сече-

íèé.

3.Характерные закономерности изменения внутренних силовых факторов при изгибе балок.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Проектно-вычислительный комплекс Structure CAD для Windows предназначен для прочностного анализа и проектирования конструкций с использованием метода конечных элементов (МКЭ). Он позволяет определять напряженно-деформированное состояние конструкций от статических и динамических воздействий.

Комплекс состоит из системы функциональных модулей, связанных между собой единой информационной средой — проектом. Структура комплекса включает:

—графический препроцессор, предназначенный для ввода исходных данных в интерактивном графическом режиме;

—процессор, обеспечивающий выполнение расчетов;

—постпроцессор, позволяющий выполнять графический анализ и документирование результатов расчета;

—расчетный постпроцессор, предназначенный для вычисления расчетных сочетаний усилий, комбинаций нагрузок, главных

èэквивалентных напряжений;

3

— проектирующий постпроцессор, позволяющий осуществлять проектирование узлов металлоконструкций.

Результаты расчета представляются в виде схем перемещений, эпюр, изолиний и изополей с наложенными на них числовыми значениями. Графическая информация может выводиться на печать или сохраняться в виде файла. При документирования результатов расчета формируются таблицы с исходными данными и результатами в текстовом формате или графическом формате.

Программирование задачи построения эпюр внутренних силовых факторов в балке выполняется в следующей последовательности.

1.Запуск программы.

2.Организация проекта.

3.Формирование расчетной схемы балки:

3.1.Создание узлов;

3.2.Соединение узлов стержнем;

3.3.Разбиение стержня на элементы.

4.Назначение жесткости стержню.

5.Установка связей (опор).

6.Назначение действующих внешних нагрузок:

6.1.Сосредоточенных сил и моментов (нагрузок в узлах);

6.2.Равномерно распределенных нагрузок (нагрузок на

элементы).

7.Выполнение расчета.

8.Просмотр результатов расчета и формирование отчета.

Организация проекта

Âокне «Новый проект» (рис. 1) необходимо указать наименование проекта (эпюры), название организации, название объекта

(балка); назначить единицы измерения (линейные размеры — м, размеры сечений — мм, силы — кН); выбрать тип схемы (5 — Система общего вида). После нажатия кнопки OK в окне нужно ввести имя файла проекта (*.spr), выбрать место его хранения на жестком диске компьютера и кнопкой OK выполнить сохранение файла.

Âпоявившемся окне «Структура проекта» (рис. 2) в разделе «ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ» выбрать позицию «Расчетная схема».

4

Формирование расчетной схемы балки

В окне графического препроцессора активировать раздел инструментальной панели «Узлы и Элементы». На кнопочной па-

нели при нажатии кнопки «Узлы» активируется набор кнопок

для операций с узлами (рис. 3), кнопки «Элементы» — набор кнопок для операций с элементами (рис. 4).

Создание узлов

В наборе кнопок для операций с узлами нажатие кнопки

«Ввод узлов» вызывает появление диалогового окна «Ввод узлов». В этом окне последовательно указать координаты основных узлов балки (ее начала и конца) в системе координат XYZ.

Соединение узлов стержнем

В панели кнопок операций с элементами нажатием кнопки

«Добавление стержней» активируется графический инструмент, с помощью которого созданные узлы соединяются стержнем.

Разбиение стержня на элементы

В этой же панели при нажатии кнопки «Разбивка стерж-

ня» появляется диалоговое окно «Разбивка стержня», в котором в поле ввода «На N равных участков» указать число участков. После нажатия кнопки OK указать курсором разбиваемый стержень и

подтвердить разбиение (нажать на панели кнопку ).

Назначение жесткости стержню

В окне графического препроцессора активировать раздел инструментальной панели «Назначения». При этом появляется связанная с этим разделом кнопочная панель (рис. 5). При нажатии

кнопки «Назначение жесткостей стержням» появляется окно

«Жесткости стержневых элементов». В этом окне выбрать способ задания сечения (Профили металлопроката), при этом активируется

5

соответствующая вкладка. В окне вкладки выбрать материал (Steel ordinary — сталь обыкновенная) и тип профиля (Полный каталог профилей по ГОСТ… → Двутавр с уклоном полок по ГОСТ 823989 → ¹ 30). Затем выделить все элементы стержня и нажать на

панели кнопку .

Установка связей (опор)

Нажатие кнопки «Установка связей в узлах» вызывает по-

явление диалогового окна «Связи». В этом окне с помощью соответствующих кнопок указать направления степеней свободы, по которым наложены связи: X, Y, Z — линейные перемещения вдоль осей системы координат, Ux, Uy, Uz — угловые перемещения относительно соответствующих осей координат. По завершении назначения нажать кнопку OK, указать узел, в котором устанавливается опора, назначение подтвердить нажатием на панели кнопки

. Последовательность действий повторяется для каждой устанавливаемой опоры.

Назначение действующих внешних нагрузок

Нагрузки на балку задают в разделе инструментальной панели «Загружения» (рис. 6).

Для задания сосредоточенных нагрузок (сил и моментов) следует использовать кнопку «Узловые нагрузки», при нажатии

которой появляется диалоговое окно «Узловые нагрузки». В этом окне ввести величину действующей нагрузки и ее знак в соответствии с интерактивной схемой в правой части окна и нажать кнопку OK. Затем нужно указать узел, в котором действует назначенная на-

грузка, выбор подтвердить нажатием кнопки . Последователь-

ность действий повторяется для каждой задаваемой сосредоточенной нагрузки.

Для назначения равномерно распределенной нагрузки необходимо нажать кнопку «Нагрузки на стержни». В появившем-

ся окне «Задание нагрузок на стержневые элементы» ввести вели- чину действующей нагрузки P и ее знак в соответствии с интерак-

6

тивной схемой в правой части окна и нажать кнопку OK. Затем нужно указать элементы, в которых действует назначенная нагруз-

ка, выбор подтверждить нажатием кнопки . Последователь-

ность действий повторяется для каждой задаваемой распределенной нагрузки.

По окончании назначений необходимо сохранить проект. При этом в ходе диалога следует назначить имя загружения и отказаться от формирования следующего загружения, если оно не планируется.

На этом работа по вводу исходных данных в графическом препроцессоре завершается. Запускается процессор для выполнения расчета.

Выполнение расчета

Для запуска процессора необходимо активировать раздел инструментальной панели «Управление» и перейти в окно управле-

ния проектом. Для этого следует нажать кнопку «Выйти в

экран управления проектом». В появившемся окне «Структура проекта» в разделе «РАСЧЕТ» выбрать позицию «Линейный». После похождения промежуточных окон «Параметры расчета» и «Сохранить изменения?», в которых следует ответить «OK» и «Да», появляется окно с протоколом расчета. После нажатия клавиши «Выход» снова открывается окно «Структура проекта», в котором для просмотра результатов расчета в разделе «РЕЗУЛЬТАТЫ» нужно выбрать позицию «Графический анализ».

Просмотр результатов расчета

В окне графического постпроцессора раздел инструментальной панели «Деформации» позволяет проанализировать деформированное состояние балки (распределение перемещений по ее длине), раздел «Эпюры усилий» — эпюры внутренних силовых факторов (рис. 7).

Для просмотра деформированного состояния балки активировать раздел «Деформации» и на панели кнопок нажать кноп-

êó «Совместное отображение исходной и деформированной схемы».

7

()

Построение эпюр внутренних силовых факторов

Активировав раздел инструментальной панели «Эпюры усилий», следует на панели кнопок нажать кнопку «Эпюры уси-

лий», в списочном окне «Выбор типа усилия» указать нужный внутренний силовой фактор, в списочном окне «Установка коэффициента масштабирования эпюр» выбрать значение коэффициента, при котором эпюра имеет приемлемые для анализа размеры. Для просмотра эпюры поперечной силы выбрать QZ, изгибающего момента — MY. Следует иметь в виду, что в программном продукте SCAD эпюра моментов строится на растянутых волокнах балки.

Полезные кнопки вкладки «Фильтры отображения»

«Номера элементов» — показать на расчетной схеме номеров элементов;

«Номера узлов» — показать номера узлов;

«Связи» — показать установленные связи (опоры);

«Узловые нагрузки» — показать действующие узловые нагрузки (сосредоточенные силы и моменты);

«Распределенные нагрузки» — показать равномерно распределенные нагрузки;

«Значения нагрузок» — показать значения действующих узловых и распределенных нагрузок;

«Отображение общей системы координат» — показать направления осей глобальной системы координат;

«Оцифровка изополей/изолиний» — показать значения внутренних силовых факторов в узлах.

8

ЗАДАНИЕ

Для балки, нагруженной сосредоточенными силами и моментами и равномерно распределенными нагрузками, построить эпюры внутренних силовых факторов — поперечной силы Q и изгибающего момента M.

Принять: l = 1 м, P = 10 кН, q = 10 кН/м, M = 10 кН·м.

9

10