3 Автоматизированное проектирование объекта

Расчет нашей модели мы будем проводить в программе APM Structure 3d, как было сказано выше. В ходе расчетов следует получить следующие значения:

- Максимальное напряжение, которое должно быть менее 240 Н/мм^2;

- Максимальное перемещение, менее 0.05;

- Коэффициент запаса, менее 1.05.

А после этого реализуется визуализацию проекта при помощи Autocad.

3.1 Построение и расчет модели в apm Structure 3d

Чтобы приступить к работе следует создать новый файл. И перед пользователем появляется окно, представленное на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Рабочее окно APM Structure 3d

Рабочее пространство состоит из четырех окон. В каждом из них будет изображена модель в разных проекциях. Их расположение не принципиально и было настроено для комфортной работы.

Далее, в одном из четырех видовых окон, в данном случае, на виде слева, создается боковая сторона моста и затем выталкивается.

После того, как изображена боковая сторона моста, следует перейти к проектированию пролетных частей моста. Длина создаваемого моста составляет 40 метров. Получается чертеж, представленный на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Вид слева

Перед выталкиванием необходимо установить опоры. Опоры устанавливаются на краях моста и в основании центральных опорных столбов, как показано на рисунке 3.3.

Затем модель выталкивается, при помощи соответствующего инструмента, на необходимое расстояние. Инструмент «Вытолкнуть» позволяет создавать многосекционные конструкции с линейным изменением размеров и поворотом секций. Эти конструкции характеризуется вектором перемещения одной секции, числом секций, коэффициентом изменения размеров и углом поворота секций. Вначале следует выбрать узел, стержень, пластину или группу произвольной комбинации этих элементов, чтобы команда стала доступной. Затем нужно задать вектор, характеризующий одну секцию.

Рисунок 3.3 – Установка опор

Первое нажатие мыши задает начало вектора, причем в качестве начала вектора необходимо задавать существующий узел (если начало вектора задаётся в произвольной точке пространства без привязки к существующему узлу, то опции изменения размеров и поворота секций будут недоступны). Этот узел становится базовым для изменения размеров, и поворот секции будет осуществляться вокруг данного узла в плоскости перпендикулярной вектору перемещения. Второе нажатие - задает конец вектора. После этого появляется диалоговое окно, в котором можно изменить компоненты вектора, задать число секций, полный угол поворота секции и коэффициент изменения размеров.

Ширина проектируемого моста составляет 6 метров, соответственно и выталкивать следует на 6 метров. В ходе работы было изменено рабочее окно на «произвольный вид и поэтому выталкивание необходимо выполнять по оси Y. Опоры на концах моста – жесткие, но снят запрет на перемещение по оси X. Это делается для получения более точных результатов. При выталкивании следует указать, что программе необходимо создавать боковые стержни. Полученная модель представлена на рисунке 3.5.

После этого понадобится создать покрытие моста. Для этого следует использовать инструмент «Пластины». Для того чтобы программа работала корректно при дальнейших расчетах, а полученные результаты были точнее, необходимо разбить плиты на 6, как и стержни, на которых они находятся. Далее следует задать материал и толщину плит, а так же армирование. Для получения необходимой устойчивости и прочности конструкции, берутся бетонные плиты и принимается толщина плит, равная 50. Полученная модель представлена на рисунке 3.6.

Рисунок 3.5 – Модель моста, после выталкивания

Рисунок 3.6 – Армированные плиты

Затем необходимо задать сечения проектируемой конструкции. Для этого следует воспользоваться меню «Свойство». Команды этого меню позволяют задавать сечения и параметры материала стержням.

Необходим выбрать пункт меню «Сечения», который вызывает диалоговое окно работы со списком сечений и выбора текущего сечения. Пример такого окна представлен на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 – Диалоговое окно «Сечения»

Чтобу задать нужное нам сечение , мы пользуемся библиотекой сечений, которая открывается после нажатия «Загрузить», все сечения соответствуют ГОСТам. Для убобства визуального восприятия, каждому сечению можно задать свой цвет.

Далее мы создаем верхнюю часть нашего балочного моста . Для начала строится дуга радиусом 3 м и выталкивается на 4 секции , материал дуг «Прямоугольная труба». Далее для лучшего закрепления внешнего покрытия моста ,в дуги вставляются трубы . Затем мы покрываем внешнюю часть моста плитами из материала «Стекло» с последующим разбиением.

Далее в меню «Фильтры» выбирается команда «Стержни → Объемные сечения». Эта команда включает / выключает показ стержней, как объемных моделей, с учетом сечения. Получаемая модель, представлена на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 – Модель с заданными сечениями

После того, как сечения заданы, необходимо приступать к заданию загружений. Загружение может включать в себя комбинацию нагрузок любого вида и характеризуется именем, множителем собственного коэффициента и двумя состояниями: включен/выключен и активный/неактивный. Далее поведение конструкции можно рассчитать от любого загружения и от комбинации загружений. Если загружение выключено, то нагрузки из него не будут отображаться на экране. Если загружение активно, то при задании новой нагрузки по умолчанию будет предлагаться поместить ее в активное загружение.

В данной работе необходимо учитывать несколько параметров загружений, поэтому создается комбинация загружений. В диалоговом окне «Комбинация загружений», при нажатии на кнопку «Новая…» задается произвольное название для задаваемой комбинации. Далее добавляются загружения, заданные раньше. Данное окно представлено на рисунке 3.10.

Рисунок 3.10 – Диалоговое окно «Комбинация загружений»

Модель показанна на рисунке 3.11. Следует приступать к расчету. В данной работе производится статический расчет конструкции.

Рисунок 3.11-Модель моста с заданными нагрузками

Статический расчет основан на матричном методе перемещений, целью которого является определение неизвестных перемещений узлов конструкции. Основным уравнением для решения является уравнение равновесия К-х = F, где К- матрица жесткости системы, F - вектор внешних силовых факторов, х - вектор неизвестных узловых перемещений. Размерность системы представляет собой количество степеней свободы конструкции. В общем случае в каждом узле 6 степеней свободы (3 линейных перемещения и 3 угла поворота). После решения данной системы, т.е. нахождения перемещений, находятся все остальные неизвестные параметры конструкции: деформации, усилия в элементах, напряжения и т.д.

В статическом расчете схема конструкции считается недеформированной, при этом продольные силы в стержнях и усилия в плоскости пластин не влияют на величины изгибающих моментов.

Результатом расчета конструкции являются:

- Перемещения узлов конструкции (линейные и угловые);

- Нагрузки на концах стержней, в узлах пластин и объёмных элементов;

- Напряжения, действующие в стержнях, пластинах и объемных элементах;

- Распределение напряжений в произвольном сечении стержня;

- Эпюры силовых факторов для всей конструкции;

- Коэффициент запаса по текучести;

- Результаты усталостного расчёта (коэффициент запаса и количество циклов);

- Расчетные параметры, характерные для отдельной балки, такие как: моменты изгиба, кручения; боковые и осевые силы; углы изгиба, закручивания; деформации и напряжения по длине балки. Все эти параметры, представленные в форме графиков, выводятся в системе координат стержня. В системе можно просмотреть величины как относительных деформаций (перемещения относительно линии, соединяющей два деформированных конца стержня), так и величины полной деформации. В случае, когда конструкция состоит из единственной балки, графики перемещений и значения абсолютных и относительных перемещений совпадают;

- Реакции (силы и моменты), действующие в опорах конструкции;

- Масса всей конструкции.

Необходимо получить следующие данные: максимальное напряжение, максимальное перемещение, коэффициент запаса.

Для расчета используется пункт меню «Расчет». Пример окна представлен на рисунке 3.11. Эта команда выполняет расчет конструкции. После вызова команды на экране появляется диалоговое окно, запрашивающее тип производимого расчета. Если включен флаг «Рассчитать видимую часть конструкции», то будет рассчитываться только та, часть конструкции, которая находится во включенных (видимых) слоях. Статический расчет выполняется для всех имеющихся загружений и комбинации загружений.

Рисунок 3.11 – Диалоговое окно «Расчет»

Для того чтоб увидеть результат расчетов необходимо перейти в пункт меню «Результаты». Данное окно представлено на рисунке 3.12.

Рисунок 3.12 – Диалоговое окно «Результаты»

Для более подробного и наглядного представления результатов, следует воспользоваться пунктом меню «Карта результатов». Окна с картами результатов расчетов представлены на рисунках 3.13 – 3.15.

Рисунок 3.13 – Карта результатов со значением максимальных напряжений

Рисунок 3.14 – Карта результатов со значением максимальных перемещений

Рисунок 3.15 – Карта результатов со значением коэффициента запаса

Были получены следующие данные:

- Максимальное напряжение – 207.8 Н/мм^2;

- Максимальное перемещение – 0.01436;

- Коэффициент запаса – 1.355.

Все, полученные данные соответствуют нормам, следовательно, модель построена успешно.