Функциональные возможности модуля APM Structure3D
Опубликовано: 01.10.2018
Линейные решения:
расчет напряженно-деформированного состояния (статический расчет); расчет критических сил и форм потери устойчивости; тепловой расчет; расчет термоупругости.Нелинейные решения:
расчет напряженно-деформированного состояния с учетом геометрической нелинейности; расчет напряженно-деформированного состояния с учетом физической нелинейности; расчет напряженно-деформированного состояния для случая контактного взаимодействия.Динамический анализ:
определение частот и форм собственных колебаний, в том числе с предварительным нагружением; расчет вынужденных колебаний – определение поведения системы при заданном законе изменения вынуждающей нагрузки ; от времени с анимацией колебательного процесса; расчет на вибрацию основанийРезультатами расчетов являются:
распределение эквивалентных напряжений и их составляющих, а также главных напряжений; распределение линейных, угловых и суммарных перемещений; распределение деформаций по элементам конструкции; карты распределения и эпюры внутренних усилий; распределение усилий в контактной зоне; коэффициент запаса устойчивости и форма потери устойчивости; распределение коэффициентов запаса и числа циклов по критерию усталостной прочности; распределение коэффициентов запаса по критериям текучести и прочности; распределение температурных полей и термонапряжений; координаты центра тяжести, вес, объем, площадь поверхности, моменты инерции модели, а также моменты инерции, статические моменты и площади поперечных сечений; реакции в опорах, а также суммарные реакции, приведенные к центру тяжести модели конструкции.Исходные данные и результаты расчета можно вывести в тестовый файл формата *.rtf, пригодный для последующего редактирования.
При создании модели строительного объекта можно использовать следующие типы конечных элементов:
Стержневые | балка с произвольным поперечным сечением (прямолинейный двухузловой стержневой элемент с 12 степенями свободы с уточнённым расчётом кручения) |
ферма с произвольным поперечным сечением (прямолинейный двухузловой стержневой элемент с 6 степенями свободы, работающий на растяжение/сжатие) | |
Гибкий элемент | канат (элемент на базе прямолинейного двухузлового стержневого элемента с 6 степенями свободы с учётом нелинейности) |
Пластинчатые | треугольный универсальный оболочечный элемент (плоский оболочечный КЭ с 18 степенями свободы с учётом мембранной, изгибной и крутильной жёсткости) |
четырёхугольный универсальный оболочечный элемент(плоский оболочечный КЭ с 24 степенями свободы с учётом мембранной, изгибной и крутильной жесткости) | |
Твердотельные | восьми-, шести- и четырёхузловые изопараметрические твердотельные элементы (с 3 степенями свободы в узле, соответствующими линейным перемещениям) |
Оболочечные | |
Специальные элементы | упругая связь (двухузловой КЭ, позволяющий задать связь конечной жёсткости по каждой из шести степеней свободы) |
упругая опора (один узловой элемент для задания конечной жёсткости по каждому из шести направлений) | |
контактный элемент (трех- или четырехузловой КЭ, предназначенный для расчёта контактного взаимодействия) | |
сосредоточенная масса и момент инерции (один узловой элемент для задания сосредоточенных масс по трем направлениям и моментов инерции вокруг трех осей) |
Нагрузки и воздействия:
сосредоточенные силы и моменты (постоянные и переменные во времени); распределенные нагрузки по длине, площади и объему (постоянные и переменные во времени); нагрузки, заданные линейным и/или угловым перемещением (постоянные и переменные во времени); снеговые, ветровые и сейсмические (по СНиП), с учетом распределенных и сосредоточенных масс, линейных и вращательных степеней свободы; давление гидростатического типа; давление контактного типа; расчетные сочетания усилий (РСУ); центробежные (заданные линейным и/или угловым ускорением); гравитационные; температурные градиенты.Для моделирования реального нагружения модели конструкции возможно использовать произвольные комбинации перечисленных выше нагрузок.
Дополнительные возможности:
внецентренное соединение стержневых элементов модели конструкции; шарнирное соединение элементов конструкции; освобождение связей стержневого элемента в узле; задание совместных перемещений; импорт/экспорт сетки конечных элементов (BDF/DAT, SFM); введение локальной системы координат в узле; расчет кручения в стержневых элементах; интерактивное полуавтоматическое разбиение на конечные элементы; наличие операции генерации узлов металлоконструкций.К расчетному ядру APM Structure3D могут быть подключены дополнительные расчетные функции, необходимые при проектировании металлических, железобетонных и деревянных конструкций.
Проектирование строительной конструкции в APM Civil Engineering выполняется в единой среде, поэтому рассматриваемый строительный объект может состоять из комбинации металлических, железобетонных и деревянных частей. В такой постановке расчет и проектирование строительной конструкции выполняется комплексно, включая фундамент (единичный, ленточный или сплошной).
Ход работы
1. Для построения нашей конструкции выбираем единицу измерения – метр. Сначала строим основание моста. Нажимаем кнопку «Новый узел» и ставим узел в любом месте рабочего поля. Затем при помощи кнопки «Стержень по длине и углу» создаем стержень длиной 200 м, затем проводим два стержня под углом 270 градусов и длиной 2м и соединяем, для создания нижней фермы моста.Заготовка для основания готова. Затем создаем 18 вертикальных стержня с заданной длиной и соединяем их концы. Переходим в режим создания узла на стержне (кнопка «Новый узел на стержне» на панели инструментов «Нарисовать» или меню Рисование/Узел/На стержне). Затем щелкаем крестиком курсора на том стержне, на котором будем создавать узел. Этот стержень выделится. Щелкаем по ней левой кнопкой мыши и в появившемся окне вводим количество узлов на стержне. Следующим действием создаем стержни для боковых частей моста, также используя инструменты По длине и углу и Новый стержень.
Рис.1 Боковая часть моста
2. Теперь необходимо создать трехмерную модель моста. Для этого мы применяем инструмент Вытолкнуть. Выделяем всю боковую секцию моста и нажимаем кнопку «Вытолкнуть» на панели инструментов. Затем нужно показать направление выталкивания. Первым щелчком мыши фиксируем начало этого вектора, затем смещаем мышь — указываем направление и вторым щелчком завершаем отрисовку вектора умножения. Одновременно с последним щелчком мыши открывается диалоговое окно «Выталкивание». В полях ввода этого окна можно уточнить параметры: число секций (1) и Вектор умножения по какой-то оси (ось Y.=7.5 м).
При умножении появляются лишние элементы, которые нужно удалить просто выделив их и нажав кнопку delete.
3. Создание пластинчатых элементов модели конструкции и присвоение им заданной толщины. Задание параметров материала.
Пластинчатые элементы модели конструкции имеют прямоугольную форму, поэтому создаем их с помощью режима «Четырехугольная прямоугольная пластина» (кнопка на панели инструментов «Нарисовать» или меню Рисование/Пластина/Четырехугольная прямоугольная). В модели необходимо натягивать пластину на каждый маленький прямоугольник, поэтому процесс их создания должен быть однотипен, то есть все пластины строятся, начиная с левого переднего узла пластины, а узлы обходятся по часовой стрелке (от порядка создания узлов на пластине будет зависеть ориентация ее локальной системы координат; в свою очередь, действующие на модель распределенные нагрузки задаются именно в локальной системе координат.
Для присвоения всем пластинам заданной толщины нужно нажать на панели инструментов «Свойства» кнопку «Задать толщину всем» и в поле ввода открывшегося окна «Задать толщину пластины» записать 0,5 м.
Для задания свойств материала пластин следует выделить эти пластины, а затем нажать на панели инструментов «Свойства» кнопку «Материалы». В открывшемся диалоговом окне «Материалы» нужно выбрать Сталь и нажать кнопку «Задать выделенным». Нажатием кнопки «Изменить…» можно просмотреть параметры выбранного материала и при необходимости изменить их.
Затем необходимо задать сечение всем стержням. Это производится при помощи кнопки «Сечения всем». Из библиотеки выбираем Швеллер №40П с уклоном полок по ГОСТ 8240-89 и нажимаем «ОК».
Рис. 2. Параметры сечения стержней
На рисунке 3 изображена трехмерная модель моста с заданными сечениями:
Рис.3 Трехмерная модель моста.
Затем необходимо задать мосту опоры. Выделяем сначало 2 крайние узлы основания и нажимаем кнопку «Опора» щелкаем левой кнопкой мыши по одному из узлов и в появившемся окне выбираем жестко закрепленные опоры. Для других двух крайних опор также выбираем жестко закрепленные опоры, но разрешаем перемещения по оси Y и X.
Рис. 4. Параметры сечения стержней
4. Задаем нагрузки. При задании распределенной нагрузки необходимо учитывать собственный вес конструкции, поэтому для учета собственного веса в меню Нагрузки выбираем Загружения… и в открывшемся диалоговом окне «Загружения» задаем множитель собственного веса для Загружения 0 равный 1.
Далее прикладываем нагрузки на наши пластины, для этого нажимаем на кнопку Нормальная нагрузка на пластины на панели инструментов и щелкаем на любую пластину. В появившемся окне вводим необходимую нагрузку -100000 к/с.
Рис. 5. Нагрузки.
5. Разбиваем каждый из пластин 10х10 частей.
6. Выбираем материалы для стержней (Сталь 45) и плит (Бетон тяжелый B25)
7. Запускаем расчет нашего моста. Для запуска модели конструкции на расчет следует выбрать в меню Расчет пункт Расчет… и в открывшемся диалоговом окне «Расчет» указать тот тип расчета, который необходимо выполнить. В нашей задаче это будет Статический расчет.
8. Просмотр карты результатов. Выбираем в меню Результаты пункт Карта результатов…, что приводит к появлению диалогового окна «Параметры вывода результатов». И выбираем необходимые нам карты.
Приложения
Рис.6 Рис.Коэффициент запаса
Рис. 7. Напряжения
Рис. 8. Реакции в опорах