8.6.1.2. Задание графика динамической нагрузки

В качестве примера динамического расчета опять рассмотрим модель кон­струкции автобусной остановки (см. рис. 2.5), но нагруженной переменной

Рис. 8.47. Расчетная схема приложений нагрузок для динамического расчета

во времени нагрузкой, изменяющейся по синусоидальному закону с частотой, близкой к первой собственной резонансной частоте. Вынуждающие силы дей­ствуют в произвольном направлении, но так, чтобы в направлении колеба­ний первой собственной формы у них имелась заметная составляющая (рис. 8.47). Будем рассматривать поведение модели во временном интервале от нуля до момента времени, соответствующего завершению двух периодов собствен­ных колебаний.

Воспользовавшись результатами расчета собственных частот (см. п. 9.4), за­метим, что первая собственная частота конструкции равна f,=3,62 Гц, а соот­ветствующая ей круговая частота — 22,74 рад/с. Величина периода колебаний равна Tj =l/f_t =0,276 с. Таким образом, длительность временного интервала дей­ствия вынуждающей силы в нашем случае составит примерно 2x0,276=0,552 с.

Это число определяет значение интервала изменения координаты X. По оси Y функция меняется от —1 до 1. Уравнение вынуждающей силы с учетом чис­лового значения круговой частоты для первой собственной формы запишем в виде: у = sin (22,74Чх) и зададим функциональную зависимость как аналити­ческую функцию (рис. 8.48).

Для завершения ввода закона изменения внешних нагрузок нажимаем кноп­ку «ОК» в окне редактора.

Рис. 8.48. График закона изменения динамической нагрузки

Отметим, что единичному значению функции будет соответствовать номи­нальное значение силовых факторов, приложенных к модели конструкции; отрицательным -- те же по величине (модулю) силовые факторы, что и при положительном значении, но действующие в противоположном направлении. Таким образом, заданная функциональная зависимость определяет действие знакопеременных нагрузок, изменяющихся по закону синуса.

Описание самого расчета и полученных в его ходе результатов будет сдела­но в п. 9.6.

Глава 9

ДРУГИЕ ВИДЫ РАСЧЕТОВ

В предыдущих главах были рассмотрены возможности модуля прочностно­го анализа АРМ Structure3D по созданию расчетной модели конструкции и выполнен и fo статического расчета. С помощью этого программного модуля могут проводиться и другие виды расчетов, а именно:

• проверка несущей способности стержневых элементов по СНиП с даль­ нейшим автоматизированным подбором их поперечных сечений;

• расчет на устойчивость;

• деформационный расчет;

• нелинейный расчет;

• тепловой расчет;

• расчет частот собственных колебаний в линейной постановке;

• расчет вынужденных колебаний.

9.1. Проверка несущей способности стержневых элементов модели конструкции и подбор поперечных сечений

Чаще всего при проектировании металлоконструкций поперечные сечения стержневым элементам модели присваиваются исходя из общих представле­ний о назначении металлоконструкции и особенностях работы этих элемен­тов, а затем в процессе прочностного расчета происходит уточнение сделан­ных предположений.

В АРМ Structure3D предусмотрена возможность выполнить после прочност­ного расчета (статического или деформационного) дополнительный расчет эле­ментов на несущую способность в соответствии со СНиП 11-23-81 «Стальные кон-

сгрукции». Опираясь на результаты такого расчета, можно осуществить автома­тизированный подбор подходящих поперечных сечений элементов модели.

Замечание. При проведении первичного расчета несущей способности необходимо задавать такой же тип сечения (из той же библиотеки), который булет в дальнейшем ис­пользоваться при автоматизированном подборе.

Рассмотрим этот процесс на конкретном примере. Пусть имеется некото­рая витринная стойка, состоящая из стержневого каркаса и пластин, причем на пластины действует распределенная нагрузка (рис. 9.1).

Присвоение поперечных сечений элементам модели нужно начинать с ба­зового сечения, т. е. заведомо «слабого», с тем чтобы по результатам расче-

Рис. 9.1. Расчетная модель конструкции витринной стойки

та его можно было бы «усилить». В рассматриваемом случае первоначально назначаемое сечение-- Квадратная труба 25x1 по ГОСТ 8639-82. Дальней­ший подбор будет производиться из библиотеки, содержащей подобные се­чения.

Замечание. Если в качестве базового выбрано достаточно «прочное» сечение, то, ско­рее всего, произойдет следующее. После проведения расчета на нагрузочную способность программа подтвердит, что исходное сечение проходит по нагрузочной способности, и не предложит никаких новых вариантов сечений.

Затем проводим расчет базовой (недостаточно прочной) модели и убежда­емся, что величина максимального напряжения составляет 5051 МПа. Наибо­лее нагруженными стержневыми элементами оказываются стойки, соединяю­щие полки друг с другом, и балки, на которых лежат полки.

Предварительный расчет базовой модели необходим не только для того, что­бы убедиться в ее неработоспособности при заданном поперечном сечении, но и чтобы получить нагрузки, необходимые для дальнейшего анализа стерж­невых элементов на несущую способность.

9.1.1. Создание конструктивных элементов

Под конструктивным элементом в АРМ Structurc3D понимается назначае­мая расчетчиком группа стержневых конечных элементов, обладающая опре­деленными свойствами и используемая при проведении расчетов нагрузочной способности. Стержни, входящие в отдельный конструктивный элемент, дол­жны удовлетворять следующим свойствам:

• входящие в конструктивный элемент стержни лежат на одной прямой без разрывов;

• все стержни конструктивного элемента имеют одинаковый тип сечения;

• у всех стержней одинаково ориентированы оси локальной системы ко­ ординат;

• любой стержень может входить только в один конструктивный элемент; » стержни, входящие в конструктивный элемент, изготовлены из одного

и того же материала;

• нагрузка, действующая на содержащиеся в конструктивном элементе стер­ жни, может прикладываться только к концам этого элемента, т. е. недо­ пустимо включать в конструктивный элемент стержни, имеющие «от­ ветвление» в середине.

Для проведения расчета на несущую способность необходимо выполнить ряд операций:

• создать конструктивные элементы;

• присвоить созданным конструктивным элементам определенные свой­ ства и указать конкретную библиотеку сечений, из которой будут под­ бираться сечения исходя из результатов последующего расчета нагрузоч­ ной способности;

• поместить стержневые элементы модели конструкции в созданные кон­ структивные элементы;

• провести расчет конструктивных элементов на несущую способность;

• проанализировать результаты расчета и присвоить конкретному конст­ руктивному элементу новое сечение;

• сделать повторный статический расчет модели с новыми поперечными сечениями.

Создание конструктивного элемента. Для перехода в режим создания ново-

го конструктивного элемента нажимаем кнопку «Конструктивные элементы»

на панели инструментов «ьонструкти :ные элементы» (меню «гезультаты»/«кон­структивные элементы...»), что вызовет открытие диалогового окна «Конструк­тивные элементы» (рис. 9.2). Нажатие кнопки «Новый элемент» этого окна при­водит к появлению строки «К. элемент 1». Теперь необходимо задать свойства этого конструктивного элемента.

1. Прежде всего нужно задать параметры материала, из которого изготов­лен конструктивный элемент. Эти параметры заносятся в поля ввода группы Свойства материала. Наименование материала выбирается из выпадающего списка «Материал* -• в рассматриваемом примере это сталь С235, имеющая предел текучести 235 МПа. Все остальные свойства выбранного материала ав­томатически записываются и показываются в неактивных полях ввода. Если же нужного материала в выпадающем списке нет, то Е нем нужно выбрать пункт «UserDef», т. е. «Определяется пользователем». При этом все поля ввода станут активными, и в них можно будет записать параметры материала.

Рис. 9.2. Диалогоное окно «Конструктивные элементы»

2. В группе Свойства материала есть активное поле «Коэффициент условий ра­ боты». Этот коэффициент, зависящий от назначения конструкции, выбирается из таблицы 6* СНиП П-23-81. По умолчанию его значение равно единице.

3. СНиП предписывают проводить различные проверки для сечений разных типов, поэтому для каждого конструктивного элемента необходимо задать один из предлагаемых программой типов сечения. Подходящий тип сечения выбира­ ется из выпадающего списка «Тип сечения». В этом выпадающем списке есть тав­ ровые сечения, двутавровые, швеллеры и уголки, для которых проводятся спе­ циальные проверки, регламентируемые СНнП П-23-81. Кроме того, может быть выбран пункт «Другое» — тогда задается сечение произвольного вида, к которо­ му относится, например, рассматриваемое сечение в виде квадратной трубы.

4. В активные поля «Коэфф. длины в пл. XY» и «Коэфф, длины в пл. XZ» запи­ сываются величины, равные отношению эффективной длины конструктивного элемента, которая будет использоваться в расчёте на устойчивость в двух плос­ костях (проходящих через ось элемента и главные центральные оси сечения), к реальной дайне элемента (выбирается согласно рекомендациям пп. 6.1—6.7, 5.13— 5.16 из СНиП П-23-81). По умолчанию оба этих коэффициента равны единице.

5. Значение величины «Макс, гибкость» задаётся в соответствии с пп.6.15, 6.16 СНиП Н-23-81. По умолчанию оно равно 80.

Нажатием кнопки «Загрузить библиотеку» задаем путь к библиотеке, из ко­торой будет подбираться сечение для конкретного конструктивного элемента.

При желании вместо проверки по методике, изложенной в СНиП 11-23-81, можно выполнить проверку прочности и устойчивости классическими ме­тодами, поставив флажок напротив соответствующей опции. Можно также учесть гибкость — это делается установкой флажка в опции «Учитывать гиб­кость при подборе сечения».

После того как все свойства и параметры конструктивного элемента зада­ны (или после изменения какого-либо параметра), их нужно сохранить на­жатием кнопки «Изменить свойства». Если было создано несколько конструк­тивных элементов, то только один из них будет активным -- напротив его названия будет стоять флажок. В активный конструктивный элемент можно поместить какой-нибудь стержневой элемент модели. Для того чтобы сделать конструктивный элемент активным, его следует выделить и нажать кнопку «Ак­тивный».