7465
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Е.А. Кочетова, Д.А. Морозов
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС SCAD
Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ по дисциплине «САПР МК» для
обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Промышленное и гражданское строительство
Нижний Новгород
2016
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Е.А. Кочетова, Д.А. Морозов
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС SCAD
Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ по дисциплине «САПР МК» для
обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Промышленное и гражданское строительство
Нижний Новгород ННГАСУ
2016
УДК 721:004+624.014 (075.8)
Кочетова Е.А., Морозов Д.А. Программный комплекс SCAD. [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / Е.А. Кочетова, Д.А. Морозов ; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 15 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)
Приведены рекомендации по изучению вопросов конечно-элементного моделирования стальных конструкций при выполнении лабораторных работ. Приведены основные особенности выполнения лабораторных работ по дисциплинам «САПР» и «САПР МК», изложены основные вопросы и положения создания конечно-элементных моделей различных стальных конструкций в программном комплексе SCAD, задания нагрузок на КЭмодель, определения и выбора усилий по результатам расчета.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ для выполнения лабораторных работ по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Промышленное и гражданское строительство.
© |
Е.А. Кочетова, Д.А. Морозов, 2016 |
© |
ННГАСУ, 2016. |
3
Введение.
При выполнении лабораторных работ по дисциплине САПР МК студент направления 08.03.01 Строительство, профиль Промышленное и гражданское строительство (ПГС) должен согласно индивидуальным заданиям выполнить расчет конечно-элементных моделей различный стальных конструкций с помощью программного комплекса SCAD.
Выполнив лабораторные работы, студент должен обладать следующими навыками: а) создавать конечно-элементную модель в среде ПК SCAD;
б) назначать жесткости элементам модели в среде ПК SCAD; в) назначать связи в узлах модели в среде ПК SCAD;
г) назначать шарниры элементам модели в среде ПК SCAD;
д) задавать нагрузки на узлы и элементы модели в среде ПК SCAD;
е) задавать условия для расчета РСН и РСУ модели в среде ПК SCAD;
ж) производить выбор усилий для расчета элементов по результатам расчета модели рамы в среде ПК SCAD;
з) определять опорные реакции модели в среде ПК SCAD;
и) выполнять подбор и проверки сечений элементов в программе-сателлите КРИСТАЛЛ.
Изучению курса систем автоматизированного проектирования и расчета металлических конструкций должно предшествовать изучение следующих дисциплин: металлические конструкции, сопротивление материалов; строительная механика; проходит одновременно с изучением курса металлических конструкций производственных зданий.
Настоящее учебно-методическое пособие предназначено для преподавателей кафедры строительных конструкций ННГАСУ в помощь при проведении лабораторных работ и студентов 3 и 4 курса (6-ой и 7-ой семестры) ННГАСУ в помощь при выполнении лабораторных работ по дисциплинам Системы автоматизированного проектирования и Системы автоматизированного проектирования и расчета металлических конструкций, на которые преподавателю в соответствии с действующим учебным планом выделено по 34 академических часа на каждую дисциплину на группу в 6-м семестре и 17 часов на группу
в7-м семестре.
Вучебно-методическом пособии изложены основные рекомендации для преподавателей и студентов при выполнении лабораторных работ по следующему плану:
1)Теоретические основы работы в среде ПК SCAD на базе метода конечных элементов.
2)Лабораторная работа №1 Балка.
3)Лабораторная работа №2 Построение эпюр M, N, Q.
4)Лабораторная работа №3 Определение опорных реакций.
5)Лабораторная работа №4 Рама (РСН).
6)Лабораторная работа №5 Ферма.
7)Лабораторная работа №6 Рама с фермой (РСУ и РСН).
8)Лабораторная работа №7 Арка.
9)Лабораторная работа №8 Рабочая площадка.
10)Лабораторная работа №9 Башня.
11)Лабораторная работа №10 Поперечная рама промышленного здания.
4
1. Теоретические основы работы в среде ПК SCAD на базе метода конечных элементов
При изучении теоретических основ работы в среде ПК SCAD на базе метода конечных элементов следует рассмотреть следующие вопросы:
∙этапы выполнения расчетных заданий с помощью программы SCAD;
∙задание имени файла, типа схемы, единиц измерения;
∙задание единиц измерения;
∙графическое представление расчетной схемы;
∙общая и местная системы осей координат;
∙местная система осей координат;
∙типы конечных элементов, используемых в программе SCAD;
∙назначение жесткостей элементов;
∙назначение опорных связей;
∙назначение шарниров в узлах элементов;
∙задание нагрузок;
∙результаты расчета.
Более подробно по выполнению лабораторных работ студенту рекомендуется ознакомиться в учебной литературе [9].
2. Лабораторная работа №1 Балка
Задача лабораторной работы №1 – выполнить статический расчёт однопролетной балки в ППП SCAD по заданию. Определить максимальный прогиб балки, максимальное значение изгибающего момента и поперечной силы.
Лабораторную работу №1 рекомендуется выполнять по плану: ∙ Выбор схемы Тип схемы – 2 тип – плоская рама.
Единицы измерения.
∙ Создание расчетной схемы Геометрия – узлы, элементы
Назначение жесткости 24 Назначение связей
∙Задание и сохранение нагрузки (F = 10 кН, q = 2,5 кН/м)
∙Результаты расчета
Врезультате статического расчёта получаем эпюры изгибающего момента и поперечной силы от нагрузки, а также перемещения в узлах.
∙Оформление отчета
5
|
52,5 |
85,0 |
90,25 |
67,5 |
|
26,25 |
16,25 |
-33,75 |
-33,75 |
0 |
-52,26 |
-76,93 |
-56,23 |
0 |
Максимальные перемещения могут быть вне узлов схемы. Проверять через информацию об элементе (эпюры прогибов).
3. Лабораторная работа №2 Построение эпюр M, N, Q
Задача лабораторной работы №2 – выполнить статический расчёт однопролетной балки в ППП SCAD по заданию. Построить эпюры изгибающего момента, продольной и поперечной силы.
Лабораторную работу №2 рекомендуется выполнять по плану:
∙ Выбор схемы Тип схемы – 2 тип – плоская рама.
∙Единицы измерения.
∙Создание расчетной схемы
∙Геометрия – узлы, элементы
Q=3 ÊÍ/Ì
F=9 ÊÍ
6 Ì
4 Ì 4 Ì 4 Ì
o Назначение жесткости 24
oНазначение связей
∙Задание и сохранение нагрузки (F = 9 кН, q = 3 кН/м)
∙Результаты расчета
Врезультате статического расчёта получаем эпюры изгибающего момента и поперечной силы от нагрузки.
∙Оформление отчета
6
4. Лабораторная работа №3 Определение опорных реакций
Задача лабораторной работы №3 – выполнить статический расчёт однопролетной балки в ППП SCAD по заданию. Построить эпюры изгибающего момента, продольной и поперечной силы и определить опорные реакции в заданных точках.
Лабораторную работу №3 рекомендуется выполнять по плану:
∙ Выбор схемы Тип схемы – 2 тип – плоская рама. Единицы измерения.
∙ Создание расчетной схемы Геометрия – узлы, элементы
Назначение жесткости 24 Назначение связей Назначение шарниров
∙Задание и сохранение нагрузки (F1 = 8 кН, F2 = 6 кН, q = 3 кН/м)
∙Создание и сохранение группы всех элементов.
∙Создание и сохранение группы узлов, в которых требуется определить реак-
ции.
∙В специальных исходных данных – нагрузки от фрагмента схемы (добавить созданные группу узлов, группу элементов).
∙Линейный расчет. Расчет нагрузки от фрагмента схемы.
∙Результаты расчета
Врезультате статического расчёта получаем эпюры изгибающего момента и поперечной силы от нагрузки. Выполнить расчёт и определить опорные реакции в точках A, B, C и D.
Результаты реакций - постпроцессоры – анализ нагрузок от фрагмента схемы (брать с противоположным знаком и не учитывать нагрузки, заданные в данный узел).
№ |
узла |
Rx, кН |
Rz, кН |
My, кНм |
1 |
(A) |
-4 |
0 |
0 |
6 |
(B) |
-2 |
22 |
0 |
10 (C) |
0 |
22 |
0 |
|
14 (D) |
0 |
-6 |
0 |
7
Реакции в опорных узлах расчетной схемы, кН
По результатам выполнить проверку: сумма нагрузок и реакций на ось х и на ось z. Определяем сумму проекций на ось Х:
∑ 8 3 · 10 22 22 6 0;
определяем сумму проекций на ось Z:
∑ 4 2 6 0.
∙Оформление отчета
5.Лабораторная работа №4 Рама (РСН)
Задача лабораторной работы №4 – выполнить статический расчёт рамы в ППП
SCAD по заданию. Определить значения изгибающего момента, продольной или поперечной силы и определить перемещения в заданных точках от нагрузки или сочетания.
Лабораторную работу №4 рекомендуется выполнять по плану:
∙ Выбор схемы Тип схемы – 2 тип – плоская рама. Единицы измерения.
∙ Создание расчетной схемы Геометрия – узлы, элементы (в точках А и В, где необходимо определить ин-
формацию по заданию поставить узел)
8
Назначение жесткости 24 у ригелей и 27 у стоек. Назначение связей Назначение шарниров
∙Задание и сохранение нагрузки. Задаем три отдельные нагрузки. Каждую сохраняем отдельно под названиями: Загружение1, Загружение 2, Загружение 3.
∙В специальных исходных данных – сочетание нагрузок (добавить коэффициенты сочетания по заданию для каждой нагрузки).
Например:
- Загружение №1 ψ = 1,05 - Загружение №2 ψ = 0,9 - Загружение №3 ψ = 1,2
∙Линейный расчет. Расчет нагрузки сочетания нагрузок.
∙Результаты расчета.
Врезультате статического расчёта в графическом анализе определяем перемещения в точках А или В, усилия в точках или в опорах от комбинации или от отдельной нагрузки.
Например: Определить
1) вертикальное перемещение в т. А от загружения 2; 2) от какого загружения в левой заделке возникает максимальный момент и указать
его значение; 3) значение поперечной силы в т. В от комбинации загружений.
∙Оформление отчета
6. Лабораторная работа №5 Ферма
Задача лабораторной работы №5 – выполнить статический расчёт фермы в ППП
SCAD по заданию. Определить значения продольной силы от сочетания нагрузок по четырем вариантам схем. Выполнить проверку наиболее нагруженных элементов в про- грамме-сателлите КРИСТАЛЛ.
Лабораторную работу №5 рекомендуется выполнять по плану:
∙ Выбор схемы Тип схемы – 2 тип – плоская рама. Единицы измерения.
∙Создание расчетной схемы Геометрия – генерация прототипа фермы Варианты расчетных схем:
1 вариант - тип схемы 1, тип элемента 1;
2 вариант - тип схемы 2, тип элемента 1; 3 вариант - тип схемы 2, тип элемента 2, шарниры;
4 вариант - тип схемы 5, тип элемента 2, шарниры;
∙Назначение жесткости
∙Назначение связей
∙Назначение шарниров
∙Расчет нагрузок в узлы фермы.
∙Задание нагрузок.
∙Линейный расчет.
∙Задание сочетания нагрузок.
∙Выбор усилий.
9
∙Проверка заданных сечений в программе-сателлите КРИСТАЛЛ.
∙Оформление отчета.
7.Лабораторная работа №6 Рама с фермой (РСУ и РСН)
Задача лабораторной работы №6 – выполнить статический расчёт фермы в ППП
SCAD по заданию. Создать расчетную КЭ модель рамы в соответствии с исходными данными. Для указанных элементов определить сочетания усилий 1) Nmax, Mcor, 2) Mmax, Ncor, либо определить M, N, Q в сечении 1-1 для комбинации загружений с указанными коэффициентами сочетаний, либо определить перемещение точки 1 (или максимальное усилие в нижнем поясе) от загружения (или комбинации загружений с указанными коэффициентами сочетаний)
Лабораторную работу №6 рекомендуется выполнять по плану:
∙ Выбор схемы Тип схемы – 2 тип – плоская рама. Единицы измерения.
∙ Создание расчетной схемы Геометрия – узлы, элементы.
Назначение жесткости – см. исходные данные. Назначение связей – см. геометрическую схему.
Назначение шарниров – см. геометрическую схему и исходные данные.
∙Задание и сохранение нагрузки. Задаем три-четыре отдельные нагрузки согласно схемам загружения. Каждую сохраняем отдельно под своим названием.
∙В специальных исходных данных:
-если задание связано с РСН – сочетание нагрузок (добавить коэффициенты сочетания по заданию для каждой нагрузки)
Например:
-Загружение №1 ψ = 1,05
-Загружение №2 ψ = 0,9
-Загружение №3 ψ = 1,2;
-если задание связано с РСУ – сочетания усилий (задать условия: коэффициенты сочетаний, тип нагрузки, взаимоисключающие, сопутствующие).