WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра металлических конструкций МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ Методические указания по использованию программы "OSCAR" для курсового и дипломного проектирования НОВОСИБИРСК 1999 Введение...................................................................................................... 2 1. Назначение и возможности программы.............................................. 2 2. Математическое обеспечение.............................................................. 3 3. Основы построения конечно-элементной модели (КЭМ)............... 3 3.1. Построение КЭМ пространственной конструкции...................4 3.2. Построение КЭМ плоской рамы (контрольный пример)... 7 4. Правила подготовки и ввода исходных данных.................................9 4.1. Таблица "Координаты узлов".................................................... 12 4.2. Таблица "Элементы"................................................................... 13 4.3. Таблица "Внешние связи".......................................................... 15 4.4. Таблица "Геометрические характеристики".............................15 4.5. Таблица "Узловые нагрузки"......................................................16 4.6. Таблица "Внеузловые нагрузки"................................................17 4.7. Таблица "Материалы"..................................................................18 4.8. Таблица "Заказ сочетаний".........................................................19 4.9. Таблица "Граф сочетаний"..........................................................21 5. Результаты работы программы............................................................23 5.1. Таблица "Перемещения узлов"..................................................23 5.2. Таблица "Усилия в элементах"..................................................5.3. Таблица "Расчетные сочетания"................................................6. Возможные ошибки при вводе данных..............................................Рекомендуемая литература.....................................................................

Введение Настоящие методические указания составлены для того, чтобы помочь студентам специализации ПГС при подготовке исходных данных и работе с программой расчёта пространственных упругих стержневых систем "OSCAR" (разработчик - отдел автоматизированных систем проектирования УкрНИИпроект-стальконструкции, Киев) в ходе курсрвого и дипломного проектирования, а также для изучения этой программы в рамках курса "Использование типовых программ для расчета металлических конструкций". Здесь описана Ччасть возможностей программы, необходимая для учебных целей, приведены примеры подготовки данных для расчёта. Дополнительные возможности программы изложены в прилагаемой инструкции и виде текстового файла и иллюстраций в формате "DWQ (чертежи системы AutoCAD).

1. Назначение и возмлжности программы Программный комплекс OSCAR предназначен для статических и динамических расчетов несущих конструкций пространственных сооружении методом конечных элементов с определением расчетных сочетаний усилий в элементах конструкций.

Программный комплекс имеет диалоговый редактор подготовки исходных данных и типичной форме, развитую систему встроенных подсказок, возможность графического контроля исходной информации на экране монитора, возможность выборочного просмотра и выводи пи печать ИЛИ В текстовый файл исходных данных и результатов расчета.

Программа работает под управлением операционных систем MS DOS или MS WINDOWS, что позволяет использовать её на любых персоналыных компьютерах (IBM - совместимых), на которых могут функционировать указанные операционные системы.

Максимальная размерность решаемой задачи: количество узлов - 660, количество элементов - 990, количество загруженип не ограничено.

2. Математическое обеспечение В настоящей версии программного комплекса OSCAR для статического и динамического расчетов упругих пространственных систем использован метод конечных элементов [I]. Геометрическая и физическая нелинейность не учитывается. Перемещения узлов считаются малыми. Библиотека конечных элементов содержит четыре типа конечных элементов: изгибаемые стержни, треугольные изгибаемые пластинки, треугольный элемент плоской задачи теории упругости, оболочечный треугольный элемент. В данных методических указаниях рассматривается только стержневой элемент при статической нагрузке. Стержневой элемент способен воспринимать два типа нагрузок: силовые (продольную силу, изгибающие моменты и поперечные силы относительно главных осей инерции) и температурное воздействие. Сдвиговые жесткости не учитываются. Деформированное состояние стержня характеризуется тремя линейными и тремя угловыми перемещениями относительно координатных осей х, у, z.

3. Основы построения конечно-элементной модели (КЭМ) Построению конечно-элементной модели предшествует составление расчётной схемы. Основные принципы построения расчётной схемы конструкции или сооружения рассматривались в курсе "Строительной механики". Здесь напомним, что стержневая расчётная схема представляет собой идеализированное представление реальной конструкции, в котором:

реальные стержни заменяются их осями, проходящими через центр тяжести поперечных сечений, а этим осям присваиваются характеристики стержней: геометрические - площадь, моменты инерции, моменты сопротивления;



физические - модуль упругости, коэффициент линейного температурного расширения; стержни сопрягаются между собой в узлах либо жёстко, либо шарнирно;

расчётная схема должна быть геометрически неизменяемой (не иметь кинематических перемещений);

\  условия закрепления (опирания) всей системы моделируются наложением в соответствующих узлах необходимых связей (препятствующих смещению этих узлов, повороту); в пространственной постановке - до шести связей;

на расчётной схеме указывают все действующие нагрузки.

После составления расчётной схемы строят КЭМ. Особенности этого этапа зависят от возможностей конкретной программы.

Рассмотрим примеры, поясняющие построение КЭМ в программе "OSCAR".

3.1. Построение КЭМ пространственной конструкции Модель пространственной системы состоит из стержневых конечных элементов с различными геометрическими характеристиками, жёстко соединенных между собой в узлах (рис.1). Все узлы должны быть пронумерованы в произвольном порядке, без пропусков, начиная с единицы, при этом, желательно, выбрать такой порядок следования узлов, при котором разность величин номеров узлов по Рис. 1. Расчётная схема (размеры и величины нагрузок условно не показаны) каждому из элементов была бы наименьшей.

Начало и конец для стержневых элементов назначаются произвольно.

Далее на расчетной схеме произвольным образом нумеруются элементы, начиная с единицы.

Прямоугольная Декартова - система координат XYZ (рис.2), имеющая начало в точке Н, называется глобальной. В этой системе задаются координаты узлов и узловые нагрузки сосредоточенные силы и моменты.

С каждым элементом Рис. 2. Глобальная и локальная система связывается его локальная координат стержневых элементов прямоугольная система координат X'Y'Z', которая для стержней строится следующим образом (рис.2): ось X' направляется вдоль оси стержня от узла начала Н к узлу конца К; ось Y', совпадающая с одной из главных осей инерции поперечного сечения стержня и перпендикулярная оси X', лежит в плоскости НКА и направляется в сторону точки А (узла ориентации);

ось Z', совпадающая со второй главной осью, перпендикулярна осям X' и Y', направляется так, чтобы кратчайший поворот от оси X' к оси Y' выполнялся против часовой стрелки, если смотреть с конца оси Z'.

Таким образом оси X', Y', Z' образуют правую тройку координат.

Особо отметим, что узел ориентации может находиться в любой точке плоскости Y'HX', кроме самой оси X'. Уз-лом ориентации может служить любой подходящий узел КЭМ. Если такого узла нет, то можно поставить фиктивный узел вне оси стержня и закрепить по всем степеням свободы.

Поперечное сечение стержневого элемента характеризуется следующими геометрическими характеристиками:

- площадь сечения А;

- момент инерции 1У' относительно оси Y' ( изгиб из плоскости НКА);

- момент инерции Iz' относительно оси Z' (изгиб в плоскости НКА);

- момент инерции при кручении It (вокруг оси X'). Материал стержневого элемента характеризуется значением модуля упругости Е, модуля сдвига G и коэффициента линейного расширения (при расчете на температурные воздействия ).

Если несколько элементов имеют одинаковые геометрические характеристики, то их можно объединить одним номером геометрии поперечного сечения. Точно также материал элемента определяется номером материала. Эти номера желательно указать на расчетной схеме.

На расчетной схеме должны быть изображены закрепления узлов с указанием ограниченных степеней свободы.

На рассчитываемую систему могут действовать:

- сосредоточенные силы и моменты в узлах;

- сосредоточенные силы и моменты, приложенные в пределах стержней, а также кусочные равномерно распределенные силы и моменты;

- заданные перемещения узлов.

Узловые нагрузки задаются проекциями на оси X, Y, и Z глобальной системы координат. Если сила действует под углом к этим осям, то ее необходимо предварительно разложить на составляющие.

Внеузловые нагрузки также задаются своими проекциями на оси координат - или глобальных, или локальных.

Принято следующее правило знаков для нагрузок.

- положительной считается сила, действующая в положительном направлении соответствующей оси;

- положительным считается момент, действующий против часовой стрелки, если смотреть с конца соответствующей оси.

Что касается размерности задаваемых величин, следует отметить, что допускается любая, даже нестандартная, система единиц, однако необходимо чётко представлять размерности всех величин. Исходя из особенностей программы (максимальное число при выводе усилий равно 9999), рекомендуется использовать тонны силы и метры.

Например, если координаты узлов задаются в метрах (м), а нагрузки - в тоннах силы (тс), то моменты будут выражены в тоннах силы на метр (тем), перемещения в метрах, усилия в тоннах силы, напряжения и модуль упругости в тоннах силы на квадратный метр.

3.2. Построение КЭМ плоской рамы (контрольный пример) Проследим на примере плоской рамы весь ход расчёта. КЭМ рамы приведена на рис. 3. Все узлы рамы жёсткие. Опирание левой колонны жёсткое, правой - шарнирное. Нагрузки: постоянная собственный вес, временные - технологическая, снеговая, ветровая и крановая. Отдельные загружения пронумерованы в треугольниках.

Положение глобальной системы координат выбрано с учётом симметрии системы. Сечения элементов приняты в виде двутавров с двумя осями симметрии. Необходимые в этом случае геометрические характеристики приведены в табл. 1.





Таблица * - момент инерции при кручении необходим при учёте пространственной работы (здесь, в случае плоской конструкции, можно поставить любые ненулевые значения для правильной работы программы).

Номера загружений и значения нагрузок приведены в табл.2.

Таблица Номер Наименование нагрузки (тип) Величина, тс, загружения тс/м 1 Собственный вес (постоянная) 0,2 Технологическая (кратковременная) 0,3 Снеговая (кратковременная) 1,4,5 Ветровая, наветренная стена / под- 1,0/0,8/0,ветренная / покрытие (кратковрем.) 6,7 Крановая вертикальная, max/min 15,0/7,(кратковременная) Крановая горизонтальная поперечная 8,9 0,(кратковременная) Характеристики материала: сталь с модулем упругости Е=2,1*тс/м2 и коэффициентом Пуассона v=0,3.

Теперь мы имеем все необходимые данные для ввода модели в компьютер.

4. Правила подготовки и ввода исходных данных Ввод исходных данных осуществляется в табличной форме. Для запуска программы войдите в каталог, в котором размещены программные модули, и запустите "OSCAR/EXE". После загрузки программы " OSCAR " на экран выводится информация о версии программного продукта. Нажав клавишу вы попадаете в главное меню задачи.

Каталог хранения исходных данных - текущий (тот, где находится программа), каталог результатов расчета задается пользователем при переходе к режиму "Расчет" (см. ниже).

Клавиши управления меню :

4 клавиши управления курсором (вверх, вниз, вправо, влево);

выбор режима - ENTER.

Клавиши управления таблицами ввода:

курсор вправо в строке - END курсор влево в строке - НОМЕ на страницу вперед - PgDn на страницу назад - PgUp выход из таблицы - ESC.

ГЛАВНОЕ МЕНЮ содержит 8 режимов:

РЕДАКТИРОВАНИЕ ИСХОДНЬК ДАННЬК включает меню из 17 режимов.

Режимы с 1 по 15 - вызов на экран таблиц исходных данных. Для ввода данных служат клавиши управления таблицами (см. выше).

Цифры и символы вводятся в поле расположения курсора. Ряд клавиш и их сочетаний выполняет следующие действия: ESC - выход из таблицы, ^S ( CTRL+S ) - сортировка строк. Сортировка строк производится по возрастанию по первой графе. АР (CTRL+P) - печать страницы таблицы. ^D ( CTRL+D ) - удаление строки. ^I ( CTRL+I) - замещение строки в месте расположения курсора последней удаленной строкой. ^С (CTRL+ +С) - очистка таблицы. ОЧЕНЬ ПОЛЕЗНОЕ СОЧЕТАНИЕ - ^Н (CTRL+H ) - Рис. 3. Конечно-элементная модель рамы с нагрузками информация о таблиц» (подсказка). Заметим, что в нижней части жрана под каждой таблицей (под заголовком "OSCAR SERVICE") вес ЭТИ ( сочетания клавиш кратко описаны.

Режим 16 - запись исходных данных. Этот режим можно ис- пользовать для временного и промежуточного (через каждые 10... 20 минут) сохранения вводимых данных, если их достаточно много. ВАЖНО ПОМНИТЬ, что на длительный период времени необходимо сохраним, свои данные через режим главного меню АРХИВ ВАРИАНТОВ (см. ниже) в отдельном каталоге (его нуж- но предварительно создать средствами операционной системы, например, командой "md c:\oscar\taskl"). Иначе следующий, кто будет вводить другую задачу и сохранять её через режим 16, уничтожит ваши данные • Режим 17 - возвра т в главное меню.

RESTART - производит чтение исходных данных и результатов последней просчитанной задачи или только исходных данных, последний раз сохраненных через режим 16.

РАСЧЕТ - статический и динамический расчет. Выдается на жран запрос имени устройства для размещения рабочих файлов и результатов расчета.

ГРАФИЧЕСКИЙ ВЫВОД - производит вывод на экран графического изображения введенной расчетной схемы в виде изометрии или перспективы по выбору пользователя. Затем пользователь может с помощью клавиш управления курсором и стилизованного изображения дисплея в правом нижнем углу экрана выбрать окно, в котором появится изображение расчетной схемы. Изменение активною окна может производится и в дальнейшем при нажатии клавиши F5. После появления в выбранном окне расчетной схемы, можно показать на схеме нумерацию узлов (клавиша F3) и нумерацию конечных элементов (клавиша Р4).При нажатии клавиши F7 на расчетной схеме в закрепленных узлах появляются условные изображения опор и прямоугольный локатор. С помощью клавиш управления курсором локатор подводится к нужному узлу, и после нажатия клавиши ENTER в центральном окне появляется подробное изображение закрепления выбранного узла. Для отображения узловых нагрузок в отдельности для каждого загружения может использоваться клавиша F8. При нажатии клавиши F6 в левом верхнем углу активного окна появляется прямоугольный локатор, размеры которого могут изменяться с помощью клавиш END, HOME, PgDn, PgUp, а передвижение выполняется с помощью стрелок. С помощью этого локатора может вычленяться фрагмент расчетной схемы, причем для показа фрагмента может использоваться новое окно. В дальнейшем с выделенным фрагментом можно проделывать те же операции, что и со всей расчетной схемой. Клавиша F2 используется для вращения расчетной схемы. Вращение вокруг соответствующих осей осуществляется с помощью клавиш X, Y, Z или Alt+X, Alt+Y, Alt+Z (в обратном направлении), при каждом нажатии производится поворот на градусов, для увеличения (уменьшения) шага используется клавиша Ins (Del). Клавиша S используется для возврата к начальному положению расчетной схемы или для изменения вида проекции.

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.