Чем заменяются при выполнении расчетов реальные конструкции

iSopromat.ru

Расчетная схема реальной конструкции показывает только те условия и факторы, которые необходимы для решения задачи, отбрасывая несущественные детали не влияющие на её решение.

Реальные конструкции, как правило, характеризуются большой сложностью конструктивных форм (мост, купол и т.п.).

Провести расчёт реальных конструкции с учётом всех конструктивных особенностей очень часто сложно и иногда даже невозможно.

Вместе с тем конструктивные особенности не всегда оказывают существенное влияние на работу сооружения.

Поэтому при расчёте реальной конструкции её всегда заменяют идеализированной упрощённой схемой – так называемой расчётной схемой, выбор которой является исключительно ответственным этапом расчёта.

От этого выбора зависит точность и трудоёмкость расчёта. Иногда даже небольшое уточнение её ведёт за собой существенное усложнение расчёта или наоборот.

Расчётная схема должна полностью отражать основной характер работы реальной конструкции, устраняя несущественные второстепенные факторы.

При схематизации реальных объектов основными элементами расчётных схем являются: брус, оболочка, конструкция крепления этих элементов (опоры), также делаются упрощения в системе сил, приложенных к элементу конструкции.

Уважаемые студенты!
На нашем сайте можно получить помощь по техническим и другим предметам:
✔ Решение задач и контрольных
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах

Источник

Реальная конструкция и расчетная схема. Внешние и внутренние силы. Метод сечений

Если конструкция рассматривается изолированно от окружающих тел, то действие последних на нее заменяется силами, которые называются внешними. Внешние силы, действующие на тело, можно разделить на активные(независимые) и реактивные. Реактивные усилия возникают в связях, наложенных на тело, и определяются действующими на тело активными усилиями.

По способу приложения внешние силы делятся на объемные и поверхностные.

Поверхностные силы приложены к участкам поверхности и являются результатом непосредственного контактного взаимодействия рас­сматриваемого объекта с окружающими телами (давление ветра, воды на стенку).

В зависимости от соотношения площади приложения нагрузки и общей площади поверхности рассматриваемого тела, поверхностные нагрузки подразделяются на сосредоточенныеи распределенные.

Источник

Заметки инженера-строителя
Блог проектировщика

Полезная информация о конструкциях, расчётах и строительных материалах
Содержание сайта: Главная страница

Расчетные схемы сооружений. Классификация (какие бывают)

Для определения напряженно-деформированного состояния конструкций и сооружений их заменяют расчётными схемами.

То есть расчет реальной конструкции начинается с выбора расчетной схемы.
Расчетная схема конструкции или сооружения, представленная в виде системы элементов, в которой работа каждого элемента зависит от работы остальных, называется системой.

Выбор расчетной схемы начинается со схематизации: свойств материала и характера деформирования твердого тела, системы внутренних и внешних сил, геометрии реального объекта, связей, опорных устройств, и др.

О схематизации свойств материала и характера его работы написано ЗДЕСЬ

О схематизации системы внутренних и внешних сил написано ЗДЕСЬ
О схематизации геометрии реального объекта написано ЗДЕСЬ
О схематизации связей в узлах соединений расчетных схем написано ЗДЕСЬ
О схематизации опорных устройств написано ЗДЕСЬ

Расчетные схемы лишь приближенно отражают напряженно-деформируемое состояние (НДС) конструкций (сооружений).
В зависимости от предмета исследования и от требований к точности расчета для одной и той же конструкции могут быть приняты различные расчетные схемы с разной степенью приближенности схематизации реального объекта, что позволяет, например, произвести уточнение расчета, проведенного на основе более грубой схемы.
Степень точности зависит от существующих возможностей по учету в расчётных схемах геометрии элементов сооружения, их соединений друг с другом, по учету внешних воздействий и их характера, по учету разнообразных физико-механических свойств материалов, наличия вычислительной техники с достаточными характеристиками для расчета НДС с необходимой точностью и т.п.

— стержни заменяются их центральными линиями (осями) (осевыми линиями)

— пластины заменяются их срединными поверхностями

— поперечные сечения стержней и нормальные к срединной поверхности сечения пластин независимо от их формы характеризуют в общем виде численными значениями площадей и моментов инерции

— реальные опорные устройства заменяются идеальными опорными связями

— шарниры полагаются идеальными (в которых отсутствует трение)

— нагрузки на поверхности элементов переносятся на оси или срединные поверхности, усилия на элементы принимаются через центры шарниров

Выбор рациональной расчетной схемы приводит к экономии времени на вычисления и получению результатов с заданной точностью:

— в большинстве случаев для обеспечения надежной работы конструкции достаточно выполнить приближенный (упрощенный) расчет, пренебрегая несущественными факторами и идеализируя их свойства, например: в реальности не существует природных или искусственных материалов, имеющих идеальную упругость, изотропию или ортотропию; кроме того, изготовить конструкцию идеальной геометрической формы практически невозможно

— для точных расчетов необходимо учитывать все изменения геометрической формы и возможные отклонения от заданных физико-механических свойств

С другой стороны, одной расчетной схеме может соответствовать много различных конструкций: так, например, исследуя некоторую схему, можно получить решение целого класса практических задач.

1) Классификация расчётных схем по геометрическому представлению (виду) элементов, образующих систему

2) Классификация расчётных схем по расположению элементов и направлению нагрузок в пространстве

3) Классификация расчётных схем по кинематическому признаку

4) Классификация расчётных схем по характеру внутренних связей (по способу (типу) соединения элементов)

5) Классификация расчётных схем по направлению опорных реакций от вертикальной нагрузки

6) Классификация расчётных схем по признаку статической неопределимости (по признаку закрепления опор)

7) Классификация расчётных схем по характеру зависимости между нагрузками и перемещениям

Выделяют три типа нелинейных систем, в зависимости от фактора, вызывающего нелинейный характер деформирования:

— физически нелинейные системы
— геометрически нелинейные системы
— конструктивно нелинейные системы
— генетически нелинейные системы

Источник

Расчетная схема

Содержание:

Понятие о расчетной схеме

Необходимо, как говорят, произвести схематизацию объекта конструкции (рис. 1.1), т. е. отбросить все те факторы, которые не могут сколько-нибудь заметным образом повлиять на работу системы в целом.

Такого рода упрощения задачи совершенно необходимы, так как решение с полным учетом всех свойств реального объекта является принципиально невозможным в силу их очевидной неисчерпаемости.

Реальный объект, освобожденный от несущественных признаков, носит название расчетной схемы.

Схематически процесс получения расчетной схемы показан на рис. 1.1. Остановимся подробнее на отдельных этапах процесса превращения реальной конструкции в расчетную схему.

Схематизация по материалу

Будем считать, что материал рассчитываемой конструкции однороден, т.е. его свойства не зависят от величины выделенного из тела объема.

Вводится понятие сплошности среды, как среды, непрерывно заполняющей отведенный ей объем. Вследствие чего к сплошной среде может быть применен анализ бесконечно малых.

Эти положения позволяют не принимать во внимание дискретную, атомистическую структуру вещества. Они применяются даже при расчете конструкций из такого неоднородного материала, как бетон.

Материал изотропен, т.е. обладает во всех направлениях одинаковыми свойствами. Это предпосылка используется при решении большинства задач сопротивления материалов, хотя для некоторых материалов (дерево, железобетон, медь, пластмассы и др.) она весьма условна.

Материалы, свойства которых в разных направлениях различны, называются анизотропными.

Материал конструкции обладает свойством идеальной упругости, т.е. способностью полностью восстанавливать первоначальные форму и размеры тела после снятия внешней нагрузки.

Эта предпосылка справедлива лишь при напряжениях, не превышающих для данного материала определенной, постоянной величины, называемой пределом упругости.

Предпосылка об идеальной упругости материала используется при решении большинства задач сопротивления материалов.

Схематизация по геометрии отдельных элементов конструкции.

Возможно вам будут полезны данные страницы:

Основное внимание в сопротивлении материалов уделяется изучению брусьев, являющихся наиболее распространенным элементом многих конструкций.

Брусом называется элемент, длина которого значительно больше его поперечных размеров.

Осью бруса называется линия, соединяющая центры тяжести его поперечных сечений.

Плоская фигура, имеющая свой центр тяжести на оси и нормальная к ней, называется его поперечным сечением.

Брус с прямолинейной осью часто называют стержнем (рис. 1.2, а).

Элемент конструкции, длина и ширина которого во много раз превышают его толщину, называется оболочкой (рис. 1.2, б).

Геометрическое место точек, равноудаленных от наружной и внутренней поверхностей оболочки, называется срединной поверхностью.

Оболочка, срединная поверхность которой представляет собой плоскость, называется пластинкой (рис. 1.2, в).

Элемент конструкции, размеры которого во всех направлениях мало отличаются друг от друга (например, сплошная опора моста), называется массивным телом (рис. 1.2, г ).

Методы расчета пластинок, оболочек и массивов рассматриваются в курсе «Прикладная теория упругости».

Для прикрепления сооружения к основанию служат опоры, обеспечивающие неподвижность опорных точек конструкции. Обычно в сопротивлении материалов рассматривают три основных типа опор: шарнирно подвижная опора, шарнирно неподвижная опора и жесткое защемление.

Шарнирно неподвижная опора (рис. 1.3, в) обеспечивает вращение верхнего балансира вокруг оси, проходящей через центр шарнира и не допускает линейных перемещений. В расчетной схеме она представляется двумя опорными стержнями (рис. 1.3, г). В шарнирно неподвижной опоре возникает наклонная реакция, вертикальная и горизонтальная составляющие которой показаны на рис. 1.3, г.

Шарнирно неподвижная опора (рис. 1.3, в) обеспечивает вращение верхнего балансира вокруг оси, проходящей через центр шарнира и не допускает линейных перемещений. В расчетной схеме она представляется двумя опорными стержнями (рис. 1.3, г). В шарнирно неподвижной опоре возникает наклонная реакция, вертикальная и горизонтальная составляющие которой показаны на рис. 1.3, г.

Жесткое защемление (рис. 1.3, д, е, з) не допускает каких либо линейных перемещений и поворота. В защемлении возникают две составляющие

Схематизация по нагрузке

Распределенные нагрузки могут быть поверхностными (давление ветра, воды на стенку) или объемными (сила тяжести, силы инерции). Если давление передается на элемент конструкции через площадку, размеры которой очень малы по сравнению с размерами всего элемента то его на основании принципа Сен-Венана (см. ниже) можно привести к сосредоточенной силе (рис. 1.4).

Сосредоточенная сила измеряется в ньютонах килоньютонах Подобным образом вводятся понятия сосредоточенных изгибающих и крутящих моментов.

Если давление передается на элемент конструкции через площадку, размеры которой сравнимы с размерами всего элемента то его представляют в виде распределенной или погонной нагрузки с размерностью (рис. 1.4).

На расчетной схеме вместо бруса изображается его ось.

Нагрузки, распределенные по линии и сосредоточенные в точках, реально не существуют. Их можно получить лишь в результате схематизации реальных нагрузок, распределенных по объему (объемных сил) или по поверхности.

Нагрузки различаются не только по способу их приложения (распределенные и сосредоточенные), но также по длительности действия (постоянные и временные) и характеру воздействия на конструкцию (статические и динамические).

Постоянные нагрузки (например, собственный вес конструкции) действуют на протяжении всего периода эксплуатации конструкции.

Временные нагрузки (например, вес поезда) действуют в течение ограниченного промежутка времени.

Статическими называются нагрузки, которые изменяют свою величину или точку приложения (или направление) с очень небольшой скоростью, так что возникающими при этом ускорениями можно пренебречь.

Если ускорения значительны и нагрузка изменяется во времени с большой скоростью, то мы имеем дело с динамической нагрузкой. Действие таких нагрузок сопровождается возникновением колебаний сооружений. При этом, согласно второму закону Ньютона, возникают силы инерции, пропорциональные массам и ускорениям, которыми при расчете пренебречь нельзя.

Временная нагрузка может сохранять более или менее постоянную величину в течение всего периода ее действия, а может непрерывно изменяться по некоторому закону; в последнем случае она называется переменной нагрузкой.

Если переменная нагрузка изменяется по циклическому (повторяющемуся) закону, то она называется циклической.

Последнее обстоятельство является весьма важным, так как исследуя некоторую схему, можно получить решение целого конкретных задач, сводящихся к данной схеме.

Принцип независимости действия сил гласит, что результат действия на тело системы сил равен сумме результатов воздействия тех же сил, прилагаемых к телу последовательно и в любом порядке.

Например, прогиб конца бруса (рис. 1.5) от нагрузок равен сумме прогибов от действия каждой нагрузки в отдельности,

Он применим к деформируемым телам лишь тогда, когда перемещения точек приложения сил, являющиеся результатом деформации тела, во-первых малы по сравнению с размерами тела и во-вторых линейно зависят от действующих сил (закон Гука).

Закон Гука используется при решении большинства задач сопротивления материалов

Этот принцип во многих случаях позволяет производить замену одной системы сил другой системой, статически эквивалентной, что позволяет часто значительно упростить расчет.

Под внутренними силами будем понимать изменение взаимодействия между частицами материала, вызванное внешней нагрузкой.

Гипотеза плоских сечений предполагает, что сечение, плоское и перпендикулярное к продольной оси до деформации, остается таким же и после деформации (рис. 1.7).

Эта предпосылка впервые была введена Бернулли. Она играет исключительно важную роль в сопротивлении материалов и используется при

выводе большинства формул для расчета брусьев.

По мере необходимости, при выводе формул, будем принимать и другие гипотезы и предположения, основанные на опыте.

На странице -> решение задач по сопротивлению материалов (сопромат) собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам сопротивления материалов.

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Источник

Реферат. Реферат Переход от реального объекта к расчетной схеме

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

«ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИСЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

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

«Переход от реального объекта к расчетной схеме»

«Численные методы расчета строительных конструкций»

Проверил доцент кафедры:

___________/ Мусихин В.А./

___________________ 2020 г.

(дата)
Выполнил студент АС-456:

______­______/ Кулёмин В.А./

___________________ 2020 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

В последнее десятилетие экономически и методически целесообразно проведение исследований сложных сооружений с применением расчетных моделей.

Моделирование — построение и изучение моделей реально существующих предметов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.

Существует два основных метода моделирования – физическое (инженерное) и математическое.

Физическое моделирование , основанное на теории простого или расширенного подобия, по мере усложнения задач исследований все менее целесообразно, так как не решает задач снижения трудоемкости и стоимости изготовления моделей, соблюдения планируемых сроков эксперимента.

Поэтому в последнее время более целесообразно применять математические модели строительных конструкций, используя множество различных программных-комплексов.

Сочетание при исследовании сложных строительных конструкций методов физического и математического моделирования обусловливает целесообразность применения принципа декомпозиции (членения) объекта исследований на более простые элементы, раздельные испытания которых потребуют гораздо меньше ресурсов по сравнению с испытаниями всей системы. Особенно этот принцип эффективен при исследовании сооружений, состоящих из большого количества однотипных элементов и узлов.

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 фрагмен- ты, плиты перекрытий, фундаменты.

Рис.1. Декомпозиция каркаса многоэтажного здания

Характеристика программно-расчетных комплексов

ПК «SCAD Office»

Вычислительный комплекс SCAD – универсальная вычислительная система, предназначенная для прочностного анализа строительных конструкций различного назначения на статические и динамические воздействия, а также ряда функций проектирования элементов конструкций. В основе программы лежит метод конечных элементов.

SCAD включает развитую библиотеку конечных элементов для моделирования стержневых, пластинчатых, твердотелых и комбинированных конструкций, модули анализа устойчивости, формирования расчетных сочетаний усилий, проверки напряженного состояния элементов конструкций по различным теориям прочности, определения усилий взаимодействия фрагмента с остальной конструкцией, вычисления усилий и перемещений от комбинации загружений.

SCAD office содержит несколько компонентов, при помощи которых является возможным конструировать различные типы сечений конструкций:

Конструктор сечений – формирование произвольных составных сечений из стальных прокатных профилей и листов, а также расчет их геометрических характеристик, необходимых для выполнения расчета конструкций;

Вест – определение нагрузок и воздействий на строительные конструкции;

Кросс – определение коэффициентов постели при расчете фундаментных конструкций на упругом основании на основе моделирования работы многослойного грунтового массива по данным инженерно-геологических изысканий;

Арбат – для проверки несущей способности или подбора арматуры в элементах железобетонных конструкций;

Монолит – проектирование железобетонных монолитных ребристых перекрытий, образованных системой плит и балок, опирающихся на колонны и стены;

Камин – для проверки несущей способности конструктивных элементов каменных и армокаменных конструкций и т.д.

Возможности ПК «SCAD Office» позволяют решать проектные задачи не только в традиционной для настоящего времени прямой постановке: архитектурная идея —> пространственное моделирование —> расчет —> проект

—> строительство объекта; но и в обратной: объект —> идея реконструкции —> обследование —> пространственное моделирование —> итерационный расчет —

> оценка физического износа —> проект реконструкции —> реконструкция объекта.

В рассматриваемой цепочке неопределенным звеном является оценка физического износа несущих конструкций.

ПК «LIRA»

ЛИР-АРМ – подсистема конструирования ж/б конструкций (подбор площадей сечений арматуры элементов колонн, балок, плит и оболочек по первому и второму предельным состояниям).

ЛИР—СТК – подбор сечений элементов стальных конструкций (фермы, колонны и балки).

УСТОЙЧИВОСТЬ – модуль проверки общей устойчивости рассчитываемого сооружения с определением коэффициента запаса и формы потери устойчивости. ЛИТЕРА – модуль, реализующий вычисление главных и эквивалентных напряжений по различным теориям прочности.

СЕЧЕНИЕ – модуль, позволяющий сформировать сечения произвольной конфигурации, вычислить их осевые, изгибные, крутильные и сдвиговые характеристики.

ANSYS

Сложность моделирования строительных объектов для выполнения качественного расчёта и анализа с целью определения резервов несущей способности при наличии дефектов, или для выявления участков конструкции, в которых возможно появление и развитие трещин, требует работы с так называемыми «тяжёлыми» расчётными системами, примером которых является программный комплекс ANSYS – один из самых мощных современных программных продуктов, позволяющих выполнять полноценный анализ проектных разработок новых и реконструируемых зданий. ANSYS позволяет проводить сложные нелинейные расчёты, учитывать все особенности строительных конструкций, в том числе, наличие и развитие системы трещин или ухудшение свойств материалов, взаимодействие здания с грунтовым массивом, влияние времени и поэтапное изменение внешних нагрузок. Это даёт возможность специалисту получать наиболее достоверные результаты расчёта при проведении вычислительных экспериментов, существенно сокращая сроки и финансовые потери на производство работ.

Задачи, решаемые с помощью программного комплекса ANSYS.

Учет дефектов в расчетах строительных конструкций.

Сейчас всё больше и больше людей пытаются наиболее адекватно смоделировать различные конструкции сооружений, деталей, с учетом их дефектов и повреждений, трещин, коррозии.

Однако в настоящее время методика учета дефектов в МКЭ модели находится только в разработке. Пытаются систематизировать и оптимизировать ввод конкретных дефектов строительных конструкций в идеализированную МКЭ модель. Основная сложность состоит в точном геометрическом описании трещин в конструкциях в зависимости от причины их появления.

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 иприводит к написанию собственного программного обеспечения или макросов всуществующих 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.

Оценка адекватности модели

В общем случае под адекватностью понимают степень соответствия модели тому реальному явлению или объекту, для описания которого она строится. Вместе с тем, создаваемая модель ориентирована, как правило, на исследование определенного подмножества свойств этого объекта.

Источник