Программные комплексы расчета конструкций на ПЭВМ. StructureCAD (SCAD): Учебное пособие

Л.С. Васильева

Программные комплексы расчета конструкций на ПЭВМ

StructureCAD (SCAD)

Учебное пособие

для студентов специальности ПГС

Новосибирск 2006

УДК

ББК

Васильева Л.С.

Курс лекций по дисциплине «Программные комплексы расчета конструкций на ПЭВМ». SCAD.

ISBN

Дается обзор современных программных комплексов для расчета строительных конструкций на ПЭВМ. Изложены основы метода конечных элементов, на котором построена математическая база большинства расчетных пакетов, рассматривается построение расчетной модели МКЭ. Рассказывается о компонентах интерфейса вычислительного комплекса StructureCAD (SCAD), библиотеке элементов комплекса.

Для студентов специальности ПГС очной и заочной форм обучения.

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия.

Ответственный редактор д-р техн.наук, проф. В.С.Казарновский

Рецензент:

© Васильева Л.С., 2006

© Сибирский государственный университет путей сообщения, 2006

оглавление

введение.. 5

1 Программные комплексы для расчета строительных конструкций   6

1.1 Современные системы автоматизации инженерных расчетов. 6

1.2 SCAD Office. Назначение, структура и компоненты.. 13

1.3 Вычислительный комплекс StructureCAD.. 16

1.3.1 Управление вычислительным комплексом SCAD.. 19

1.3.2 Фильтры отображения. 19

1.3.3 Визуализация. 19

1.3.4 Фрагментация. 19

2 Применение метода конечных элементов в расчете строительных конструкций.. 20

2.1 Основы метода конечных элементов (МКЭ). 20

2.1.1 Основная идея МКЭ.. 20

2.1.2 Пример. Одномерная задача распределения температуры в стержне. 21

2.2 Расчетная модель МКЭ.. 22

2.2.1 Основные этапы численного исследования прочности конструкций. 22

2.2.2 Построение расчетной схемы МКЭ.. 23

2.3 Создание расчетной модели в ВК SCAD.. 27

2.3.1 Создание расчетной модели из прототипов. 27

2.3.2 Создание расчетной модели непосредственным вводом узлов и элементов  28

3 Конечноэлементная сетка.. 34

3.1 Построение сетки КЭ.. 34

3.2 Граничные условия. 37

3.3 Точность решения. 40

3.4 Связи, условия примыкания. 43

3.5 Создание конечно-элементной сетки в ВК SCAD.. 44

3.5.1 Операции геометрических преобразований и дублирования. 44

3.5.2 Режим сборки. 44

3.5.3 Экспресс контроль расчетной схемы.. 45

4 Типы конечных элементов.. 46

4.1 Библиотека конечных элементов ВК SCAD.. 49

4.1.1 Назначение типа КЭ.. 50

4.1.2 Задание характеристик стержневым и пластинчатым элементам.. 50

4.1.3 Задание характеристик узлам.. 50

5 Виды анализа, доступные в ВК SCAD.. 51

5.1 Нагрузки, группы нагрузок, загружения. 51

5.1.1 Статические. 51

5.1.2 Динамические. 51

5.1.3 Тепловые. 51

5.2 Графическое отображение результатов расчета. 51

5.2.1 Перемещения. 51

5.2.2 Усилия и напряжения. 51

6 Постпроцессоры ВК SCAD.. 52

6.1.1 Расчетные сочетания усилий. 52

6.1.2 Экспертиза стальных сечений. 56

6.1.3 Армирование железобетонных элементов. 57

7 Документирование исходных данных и результатов расчета   58

7.1 Чтение результатов расчета. 58

7.2 Перемещения. 58

7.3 Напряжения и усилия. 58

8 Способы контроля расчетной модели в ВК SCAD.. 58

8.1 Деформированный вид. 58

8.2 Энергетический постпроцессор. 58

9 Оценка точности результатов расчета.. 58

Литература.. 59

введение

В практике строительства часто возникают задачи оценки несущей способности и деформативности конструкций, зависящие от большого количества факторов. К таким факторам относятся многовариантный характер нагружения, сложные физические свойства материалов, особенности технологии изготовления и монтажа объектов, дефекты конструктивных элементов, приобретенные как во время изготовления, так и при эксплуатации сооружений. Поэтому суждение о несущей способности может быть сделано только после большого количества расчетов, испытаний материалов и фрагментов конструкций. Разумное сокращение этой работы способствует прогрессу в строительстве. В последние десятилетия появились мощные средства компьютерного моделирования строительных конструкций, позволяющие в значительной мере продвинуться в решении этой задачи.

Средства компьютерного моделирования представляют собой два вида программ. К первому типу относят универсальные программы, осуществляющие статические и динамические расчеты линейных и нелинейных упругих (вязкоупругих) конечно-элементных систем с количеством неизвестных порядка миллиона. В этих программах графическое моделирование сооружений производится на основе построения ключевых геометрических объектов: линий, поверхностей, объемов. Затем геометрические понятия «оснащаются физическим смыслом», определяются нагрузки, закрепления и производится вычисление напряжений (деформаций) в рамках теории вязкоупругих систем.

Второй класс расчетных систем составляют программы, которые производят геометрическое моделирование, используя  в качестве основных процедур часто встречающиеся технологические операции: сгибание поверхностей, экструзию, создание отверстий, разделку кромок и т.д. Применение таких пакетов, называемых технологическими моделерами, сокращает время геометрического построения объекта в 3…10 раз. Необходимо отметить, что в 1990-х годах авторы расчетных программ (первого класса) активно сотрудничали с создателями геометрических моделеров. В результате были  разработаны интегрированные программные средства, позволяющие производить инженерные расчеты в полностью автоматизированном режиме