реферат. Реферат Переход от реального объекта к расчетной схеме

• Название: Реферат Переход от реального объекта к расчетной схеме
• Дата: 25.11.2021
• Размер: 83.9 Kb.
• Имя файла: реферат.docx
• Тип: Реферат; #282084

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗРВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИСЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Институт «Архитектурно-строительный»
Кафедра «Строительные конструкции и сооружения»

РЕФЕРАТ

«Переход от реального объекта к расчетной схеме»

по дисциплине

«Численные методы расчета строительных конструкций»

Проверил доцент кафедры:

___________/ Мусихин В.А./

(подпись)

___________________ 2021 г.

(дата)
Выполнил студент АС-322:

___________/ Tаранин Д.В./

(подпись)

___________________ 2021 г.

(дата)

Челябинск, 2021


ОГЛАВЛЕНИЕ

1. 
   Введение………………………………………………………….3
   
2. 
   Математическое моделирование………………………………..4
   
3. 
   Характеристика программно-расчетных комплексов…………6
   
4. 
   Учет дефектов в расчетах строительных конструкций……....11
   
5. 
   Библиографический список…………………………………....13
   

1.ВВЕДЕНИЕ

Реальный объект, освобожденный от несущественных особенностей, не влияющих заметным образом на работу системы в целом, называется расчетной схемой. Переход от реального объекта к расчетной схеме осуществляется путем схематизации свойств материала, системы приложенных сил, геометрии реального объекта, типов опорных устройств и т.д.

Чтобы выбрать расчетную схему, нужно из множества внешних воздействий, геометрических особенностей объекта и физических свойств материала выделить наиболее существенные в данной задаче и отбросить слабо влияющие на результат анализа. Степень упрощений зависит от требуемой точности, математических возможностей, а также от того, какая сторона явления рассматривается в задаче. При выборе расчетной схемы приходится идеализировать геометрические параметры объекта, физические свойства материала, внешнее воздействие, опоры и связи. Трудно назвать все приемы, которые используют при выборе расчетной схемы. В конкретных условиях появляются конкретные возможности, определяющие необходимую и допустимую степень идеализации объекта. Нередко оказывается, что предпосылки, пригодные для расчета одних конструкций, неприменимы для других. Отметим, что для одного и того же объекта возможен выбор различных расчетных схем в зависимости от поставленной задачи.

Например, при определении усилий в ферме стержни считают соединенными шарнирно. Основанное на этом решение вполне доверительно для усилий на средних участках стержней. Если же интерес представляют усилия в местах соединения стержней, необходимо точнее отразить силовое взаимодействие сочлененных элементов. С другой стороны, одной и той же расчетной схеме может быть поставлено в соответствие несколько разных объектов. Скажем, растянутый стержень может моделировать и канаты подъемных машин, и стойки, раскосы, пояса ферм, и т.п. Переход от реального объекта к расчетной схеме является важным шагом, так как от введенных предпосылок зависит результат расчета. Выбор схемы осложняется еще и тем, что во многих случаях трудно заранее оценить степень влияния той или иной особенности конструкции. Приходится полагаться на интуицию, а иногда рассчитывать конструкцию, применяя разные расчетные схемы.


2.МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Любое математическое моделирование строится на формировании расчетной схемы сооружения. Формирование расчетной схемы сооружения – это переход от реального объекта или конструкции к расчетной модели путем отбора наиболее существенных (значимых для конкретной ситуации) особенностей, их идеализация и схематизация, допускающая последующую алгоритмизацию и математическую обработку. При изучении поведения сложной системы её расчленяют на более простые подсистемы: плоские или пространственные рамы, несущие стены и их фрагменты, плиты перекрытий, фундаменты.

Однако при выборе расчетной схемы следует придерживаться следующих правил:

1. 
   Аппроксимирующая модель работы проектируемого объекта должна правильно и полно отражать работу реального объекта, т.е. соответствовать механизмам его деформирования и разрушения.
   
2. 
   Принимаемая расчетная гипотеза должна ставить рассчитываемую конструкцию в менее благоприятные условия, чем те в которых находится действительная конструкция.
   
3. 
   Расчетная модель работы сооружения должна быть достаточно простой. Целесообразно иметь не одну модель, а систему аппроксимирующих моделей, каждая из которых имеет свои границы применения.
   

Инженерная схематизация строительного объекта связана с использованием допущений (гипотез), позволяющих математически описать учитываемые реальные свойства конструкций и материалов. Приемы схематизации – общепринятые постулаты: закон Гука, закон Кулона, гипотеза плоских сечений, расчет по недеформированной схеме, замена реальной конструкции стержнем (колонн, балок перекрытий), пластинкой или оболочкой (плит покрытий, перекрытий, несущих стен). Формирование расчетной схемы в строительном проектировании включает три группы допущений:

1. схематизация геометрической формы проектируемого объекта, назначение граничных условий.

2. схематизация свойств материалов.

3. схематизация нагрузок.

Реальный объект заменяется идеализированным деформируемым телом с изученными топологическими свойствами: стержень (балка), стержневой набор (рама, ферма), арка, плоская стенка, деформируемая в своей плоскости, изгибаемая пластинка, пространственное массивное тело и определенностью предполагаемого вида напряженно-деформированного состояния: плоское напряженное состояние, плоское деформированное состояние, трехмерное напряженное состояние.

3.ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОГРАММНО-РАСЧЕТНЫХ КОМПЛЕКСОВ
ПК "LIRA"

ПК Лира — многофункциональный программный комплекс для проектирования и расчёта строительных и машиностроительных конструкций различного назначения. Реализованный метод расчета — метод конечных элементов (МКЭ). Выполняется расчёт на статические (силовые и деформационные) и динамические воздействия. Производится подбор и проверка сечений стальных конструкций, армирование сечений железобетонных и сталежелезобетонных конструкций. Выдаются чертежи стадии «рабочий проект» марок КЖ, КМ. Множественные специализированные системы, позволяют моделировать работу массивов грунта, рассчитывать мостовые сооружения, моделировать работу сооружения в процессе монтажа, исследовать поведение конструкции под динамическими воздействиями во времени и многое другое. На сегодняшний день существует два программных комплекса семейства Лира: «ЛИРА 10» и «Лира-САПР».

ПК ЛИРА-САПР включает в себя следующие системы:

ВИЗОР-САПР – это единая интуитивная графическая среда пользователя, включающая широкий набор удобных инструментов для создания и анализа компьютерных моделей произвольных конструкций

Препроцессор САПФИР-КОНСТРУКЦИИ обеспечивает синтез расчетной схемы на основе пространственной информационной модели, представленной в САПФИР-3D. Созданная в САПФИР-КОНСТРУКЦИИ расчетная схема далее рассчитывается и конструируется средствами ЛИРА-САПР. Позволяет осуществить импорт 3D и 2D моделей, созданных в других графических программах: Allplan, Revit, AutoCAD и др.

МКЭ процессоры реализация основных расчетных функций и методов расчета на статические и динамические воздействия для линейно и нелинейно деформируемых конструкций

АРМ-САПР – расчет железобетонных конструкций

ЛАРМ-САПР конструирование отдельного железобетонного стержневого или пластинчатого элемента

СТК-САПР расчет металлических конструкций

РС-САПР - система редактирования стальных сортаментов РС-САПР

КС-САПР – конструктор сечений

КТС-САПР - конструктор тонкостенных сечений

МОНОМАХ-САПР

МОНОМАХ-САПР представляет собой универсальный программный комплекс, позволяющий решать большой класс задач расчета и проектирования железобетонных, каменных и армокаменных конструкций. МОНОМАХ-САПР обеспечивает значительное упрощение работы и увеличения скорости проектирования.

Область применения ПК МОНОМАХ-САПР: расчет и проектирование железобетонных монолитных зданий, сборных зданий рамной и рамно-связевой конфигурации, кирпичных зданий, высотных зданий, расчет сооружений со сложным планом, переменной конфигурацией по высоте, большим количеством нерегулярных включений и другими особенностями.
От пользователя не требуется глубоких знаний метода конечных элементов (МКЭ) и специфических знаний по работе со сложными расчетными комплексами.

ПК МОНОМАХ-САПР может быть использован на разных этапах проектирования. На стадии принятия проектных решений за короткое время можно получить результаты расчетов вариантов конструктивных схем с различной расстановкой колонн, диафрагм, свай, с разной толщиной плит и т.д., и определить расход материалов и стоимость конструкций здания.

Использование ПК МОНОМАХ-САПР на стадии рабочего проектирования позволяет создать расчетную схему, выдать результаты расчетов и эскизы рабочих чертежей в единой среде, что позволяет существенно сократить сроки выполнения работ.

Есть возможность расчета сооружений совместно с грунтовым основанием на базе создаваемой 3D-модели грунтового массива по имеющимся инженерно-геологическим данным. ПК МОНОМАХ предоставляет пользователю возможность задания фундаментов как на естественном, так и на свайном основании, причем с различными вариантами описания жесткостных характеристик свай.

ПК МОНОМАХ имеет экспертную систему, которая на всех этапах автоматизированного проектирования дает пользователю подсказки об обоснованности принятых конструктивных решений, таких как: размеры сечения несущих конструкций, расстановка диафрагм жесткости, обеспечение тех или иных требований нормативных документов.
Выполняется расчет на ветровые и сейсмические нагрузки с автоматическим сбором нагрузок и с учетом требований различных нормативных документов (нормы всех стран СНГ и части Европы).

Реализован широкий спектр возможностей по межпрограммной передаче данных:

• Импорт из AutoCAD. Импортируется набор плоских планов этажей в формате dxf. В результате импорта автоматически генерируется пространственная многоэтажная расчетная схема с заданными параметрами сечений конструктивных элементов;

• Экспорт расчетной схемы в программный комплекс ЛИРА-САПР с возможностью автоматической генерации сетки конечных элементов (КЭ), экспорта жесткостных параметров КЭ, нагрузок, и т.д;

• Экспорт нагрузок на фундамент и напластования грунтов в ФОК ПК и программу ФУНДАМЕНТ, для дальнейшего расчета и проектирования столбчатых фундаментов;

• Все чертежи сформированные в ПК МОНОМАХ-САПР могут быть сохранены в формате dxf.

ANSYS

Сегодня ANSYS – это чрезвычайно мощная и удобная программа. Каждая ее версия включает новые и расширяет прежние возможности пакета, что делает программу быстродействующей, более гибкой и удобной. Эти ее качества помогают пользователям справиться с непрерывно возрастающими запросами современного промышленного производства. Программа ANSYS – это гибкое, надежное средство проектирования и анализа. ANSYS является универсальной конечно-элементной программой, применяемой для решения прочностных, тепловых, акустических, гидро– и газодинамических задач. Как новичкам, так и опытным пользователям эта программа предлагает непрерывно растущий перечень расчетных средств, которые могут следующее:

– учесть разнообразные конструктивные нелинейности; – дать возможность решить самый общий случай контактной задачи для поверхностей;

– допускать наличие больших (конечных) деформаций и углов поворота;

– позволить выполнить интерактивную оптимизацию и анализ влияния электромагнитных полей;

– получить решение задач гидроаэродинамики и многое другое вместе с параметрическим моделированием, адаптивным перестроением сетки, использованием р-элементов и обширными возможностями создания макрокоманд с помощью языка параметрического проектирования программы ANSYS (APDL)

Задачи, решаемые с помощью программного комплекса ANSYS:

- статический и динамический анализ конструкций с учетом нелинейного поведения материалов, включая ползучесть, большие пластические деформации, значительный изгиб, сверхэластичность, накопление остаточной деформации при циклическом нагружении, изменяющиеся условия контакта.

- определение собственных мод и резонансных спектров вынужденных колебаний, а также смещений и напряжений по известным вибрационным спектрам.

- динамический анализ переходных процессов и точный динамический анализ, моделирующий большие деформации в тех случаях, когда значимыми становятся силы инерции – ударное нагружение, дробление, быстрая формовка и т.п.

- контактные задачи (поверхность-поверхность, узел-поверхность, узел-узел, cтержень-стержень).

- задачи потери устойчивости конструкций.

GeoWall

Программа GeoWall предназначена для расчета на прочность и устойчивость ограждений котлованов, таких как, «стена в грунте», ограждение из буровых свай, шпунта, труб и двутавров, а также ограждение из грунтоцементных свай (Jet свай). Отличительной особенностью программы является расчет ограждений котлованов на прочность, состоящих из отдельно стоящих или взаимно пересекающихся буровых свай с возможностью армирования различными элементами (каркасом из арматур, трубами или двутаврами).

Расчет выполняется по методу предельного состояния грунта. Расчет давления грунта может выполняться по теории Кулона или по коэффициенту бокового давления грунта в состоянии покоя.

Методика расчета на прочность ограждающей конструкции основана на численном решении задачи изгиба балки, защемленной одним концом в упругопластическом грунте и удерживаемой связями (анкеры, распорки). Для моделирования упругого изгиба стены используется метод конечных элементов. При расчете ограждений с анкерами или распорками выполняется поэтапный расчет, т.е. имеется возможность определить моменты, перемещения и усилия в анкерах на каждом этапе разработки грунта котлована. Кроме того, имеется возможность учитывать поэтапное водопонижение.

Программа позволяет выполнять следующие виды расчетов:

- Расчет давления на ограждающую конструкцию с учетом геологического строения грунтового массива и уровня грунтовых вод.

- Расчет изгибающего момента и продольного усилия в ограждении.

- Расчет горизонтального перемещения ограждающей конструкции.

- Расчет на прочность ограждающей конструкции с учетом разрушения бетона.

- Расчет устойчивости ограждения котлована по методу кругло-цилиндрических поверхностей скольжения.

- Расчет усилий в анкерах и распорных системах.

- Расчет несущей способности анкера по грунту (4 методики).

- Расчет эффективных характеристик сечения (момент инерции, модуль упругости, площадь) для «стены в грунте», буровых свай.

Программа позволяет учитывать разработку «пионерного» котлована и различные типы распределенных нагрузок.

Программа имеет следующие встроенные справочники:

- Справочник физико-механических свойств грунтов в соответствие с СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».

- Справочник труб, двутавров и арматурных каркасов.

- Справочник по бетону.

4.УЧЕТ ДЕФЕКТОВ В РАСЧЕТАХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Дефект — отдельное несоответствие конструкций какому-либо параметру, установленному проектом или нормативным документом.

Категории опасности дефектов и повреждений:

«А» — дефекты и повреждения основных несущих конструкций, представляющие непосредственную опасность их разрушения;

«Б» — дефекты и повреждения, не представляющие при их обнаружении непосредственной опасности разрушения их несущих конструкций, но способные в дальнейшем вызвать повреждения других элементов и узлов или при развитии повреждения перейти в категорию «А»; «В» — дефекты и повреждения локального характера, которые при последующем развитии не могут оказать влияния на основные несущие конструкции здания и сооружения. В настоящее время при анализе конструкций и их элементов помимо традиционной задачи определения напряженно-деформированного состояния все чаще рассматриваются задачи определения ресурса конструкций. Одним из вопросов, которые необходимо изучить в данном случае является вопрос условий разрушения конструкций. На сегодняшний день в численных методах решения задач механики деформируемого твердого тела развиваются два основных подхода к решению указанной задачи. Первый подход – моделирование развития дефектов (поры, трещины и т.п.) с учетом изменения граничных условий в рассматриваемом элементе конструкции и перестроение сетки при изменении размеров дефекта.

Второй подход – оценка степени поврежденности материала в элементах конструкции при условии, что дефекты и их рост в явном виде не рассматриваются.

Согласно публикациям, посвященным применению первого подхода, указанный подход является индивидуальным для каждой конкретной задачи и приводит к написанию собственного программного обеспечения или макросов в существующих системах конечно-элементного анализа (ANSYS, NASTRAN и т.п.). Его применение требует от пользователя уровня знаний научного сотрудника, имеющего опыт численного моделирования задач роста трещин. Второй подход не позволяет в явном виде оценить момент разрушения конструкции, но позволяет получить наглядную картину степени поврежденности конструкции на основе, используемых моделей накопления повреждений. Указанная картина может применяться при оценке ресурса конструкции. Данный подход соответствует требованиям, предъявляемым к методам исследования процессов разрушения в массовых системах конечно-элементного анализа, используемых при решении инженерных задач. К недостаткам данного подхода можно отнести то, что не учитывается влияние деградации свойств материала вследствие накопления повреждений при анализе напряженно деформированного состояния рассматриваемых элементов конструкций. В настоящее время при изучении процессов разрушения выделяют ряд основных явлений, характеризующих особенности протекания указанных процессов. На основе введенного положения механизмы разрушения разделяют на следующие основные типы: динамическое (импульсное), например: ударное; длительное, например: ползучесть, релаксация; периодическое (циклическое), например: квазистатическое, малоцикловая усталость, многоцикловая усталость. Среди перечисленных выше процессов разрушения одной из наиболее типичных и часто встречающихся причин отказов элементов инженерных конструкций является процесс многоцикловой усталости.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

• 
  Интернет-ресурсы
  
• 
  СП 50-0101-2004
  
• 
  «Методические рекомендации по исследованию строительных конструкций с применением математического и физического моделирования» В.И. Кретов, Ф.В. Ярмульник
  
• 
  «Ansys в примерах и задачах» К.А. Басов