2.5 Сравнительный отчет

В отчете приведены собственные частоты колебаний стержневой конструкции, определенные по СНиП, и собственные частоты пространственной конструкции из результатов модального анализа в ANSYS.

Так же приведена разница в процентах между полученными в двух вариантах расчета значениями частот.

При выборе опции спектрального анализа, в отчет выводятся значения сейсмических усилий и максимальные напряжения и перемещения в конструкции, а также номера узлов, в которых эти значения достигаются.

2.6 Разработка информационной системы

Работа с информационной системой предполагает интерактивный режим на основе различных форм управления.

а) Запуск программы

При запуске программы пользователю необходимо выбрать директорию для сохранения результатов расчетов и записи системных файлов при работе ANSYS (форма выбора директории представлена на рис. 8).

Имя директории и путь к ней не должны содержать кириллицу. Только латинские буквы (символы, цифры).

Рис. 8 – Окно выбора директории для работы.

б) Ввод данных

Первоначальными входными данными модели являются размеры здания и его этажность.

После заполнения этажности здания откроется панель для заполнения параметров для каждого этажа (соответствующая форма представлена на рис. 9).

Т.е. с ее помощью можно отдельно для каждого этажа определить размеры и количество колонн на этом этаже, параметры плиты перекрытия, характеристики материалов колонн и плит. Дополнительные массы учитываются путем добавления их как распределенных на элементы ригелей.

Основными параметрами этажа являются:

высота этажа; ширина и длина колонны на этаже и их количество; модуль упругости, коэффициент Пуассона и плотность материала колонны; толщина плиты перекрытия; модуль упругости, коэффициент Пуассона и плотность материала плиты, а также дополнительные массы на этаже.

Рис. 9 – Главное окно программы.

Т.к. редактируемые параметры являются числовыми, то для предотвращения ошибок ввода, во всех элементах LabeledEdit на форме для события OnKeyPress прописан следующий код:

…

if Key=',' then Key:='.';

if (key in ['0'..'9',decimalseparator,#8])=false then key:=chr(0);

…

Данный код запрещает водить в поля что-либо кроем цифр, а также автоматически преобразовывает системный разделитель.

Для такого параметра как «Модуль упругости», добавлена возможность вводить числа через экспоненциальный формат. Это реализуется добавлением одного символа в предыдущий код:

…

if (key in ['0'..'9',decimalseparator,'E',#8])=false then key:=chr(0);

…

Если параметры всех этажей одинаковы, то есть возможность упростить ввод, установив ключ «Все этажи однотипные».

После заполнения всех данных, можно сохранить их в текстовом файле, что позволяет упростить ввод и ускорить работу в последующем.

Предусмотрена и возможность загрузки сохраненного файла, что так же сокращает время, затрачиваемое на введение необходимых характеристик.

Чтобы кнопка «Расчет» стала активна, необходимо выбрать опции расчета: выполнить модальный анализ или выполнить и модальный, и спектральный анализ.

Но расчет не будет начат пока не заданы такие параметр, как категория грунта по сейсмическим свойствам (табл. 1), сейсмичность района и тип сооружения (табл. 2).

Таблица 1. Сейсмичность площадки строительства.

Категория групп по сейсмическим свойствам	Грунты	Сейсмичность площадки строительства при сейсмичности района, баллы
1	2	3	4	5
		7	8	9
I	Скальные грунты всех видов (в том числе вечномерзлые и вечномерзлые оттаявшие) невыветрелые и слабовыветрелые; крупнообломочные грунты плотные маловлажные из магматических пород, содержащие до 30% песчано-глинистого заполнителя; выветрелые и сильновыветрелые скальные и нескальные твердомерзлые (вечномерзлые) грунты при температуре минус 2С и ниже при строительстве и эксплуатации по принципу I (сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии)	6	7	8
II	Скальные грунты выветрелые и сильновыветрелые, в том числе вечномерзлые, кроме отнесенных к I категории; крупнообломочные грунты, за исключением отнесенных к I категории; пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные и средней плотности маловлажные и влажные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности маловлажные; глинистые грунты с показателем консистенции IL 0,5 при коэффициенте пористости е < 0,9 для глин и суглинков и е < 0,7 — для супесей; вечномерзлые нескальные грунты пластичномерзлые или сыпучемерзлые, а также твердомерзлые при температуре выше минус 2°С при строительстве и эксплуатации по принципу I	7	8	9
III	Пески рыхлые независимо от влажности и крупности; пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные и средней плотности водонасыщенные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности влажные и водонасыщенные; глинистые грунты с показателем консистенции IL>0,5; глинистые грунты с показателем консистенции IL0,5 при коэффициенте пористости е0,9 - для глин и суглинков и е0,7 - для супесей; вечномерзлые нескальные грунты при строительстве и эксплуатации по принципу II (допущение оттаивания грунтов основания)	8	9	>9

Коэффициента сейсмичности района следует принимать равным 0,1; 0,2; 0,4 соответственно для расчетной сейсмичности 7, 8, 9 баллов;

Таблица 2. Характеристика зданий и сооружений.

Характеристика зданий и сооружений	К
1. Высокие сооружения небольших размеров в плане (башни мачты, дымовые трубы, отдельно стоящие шахты лифтов и т п ). Здания со стойками в первом этаже при соотношении податливости вышележащего и первого этажей, равном 0,25 и более	1,5
2. Каркасные здания, стеновое заполнение которых не оказывает влияния на их деформативность	1,3
3. Здания и сооружения, не указанные в поз. 1-2, кроме гидротехнических сооружении	1

В зависимости от конфигурации расчета итоговый отчет будет содержать разные выходные данные.

в) Генерация файлов моделей для ANSYS

Когда введены все данные, выбраны опции расчета и кнопка «Расчет» активна, можно запустить собственно расчет.

В самом начале происходить генерация файлов моделей для обработки их в ПК ANSYS.

По введенным пользователем данным формируются 2 файла моделей конструкции:

• стрежневая

procedure CreateAnsysFileBeam создает в указанной рабочей директории файл стержневой модели конструкции с сосредоточенными в точках параметрами;

• пространственная

procedure CreateAnsysFileSpatial создает в указанной рабочей директории файл пространственной модели конструкции.

Текстовые файлы моделей приведены в приложении А.

г) Программный запуск пакетного режима ANSYS

Пакетный режим полезен, когда не нужно взаимодействовать с программой напрямую, а можно просто передавать файлы команд в фоновом режиме и они при этом будут выполняться в несколько раз быстрее, чем при использовании графического интерфейса.

Поэтому именно такой вариант работы с ANSYS я использовала в своем дипломном проекте.

Строка параметров:

путь к исполняемому файлу

"<drive>:\Program Files\Ansys Inc\V110\ANSYS\bin\<platform>\<versionansys>" -b -i inputname -o outputname, где

Таблица 3. Описание параметров вызова программы ANSYS.

<versionansys>	версия программного продукта
<drive>	диск, на котором установлен ANSYS
<platform>	Intel для Windows 32-битных систем, или Winx64 для Windows 64-битных систем
-b -i inputname -o outputname	указатели входного файла (inputname) и файла, в который будут выведены результаты работы ANSYS (outputname)

В моем дипломном проекте рассматривается версия ANSYS 12.0, установленная на 32-битной системы Windows. Поэтому строка подключения будет выглядеть следующим образом:

"<drive>:\Program Files\Ansys Inc\V110\ANSYS\bin\intel\ansys120" -b -i inputname -o outputname

При необходимости перебора версий программного продукта или определения разрядности системы, возможна доработка программного комплекса.

Т.к. ANSYS работает через переменные среды и все переменные записаны как системные, то не составляет труда программно определять путь к исполняемому файлу ANSYS.

Функция GetPath, перебирая все системные переменные, ищет переменную ANSYS<номер версии> (в данном случаем, ANSYS120) по названию.

Как только совпадение найдено, к пути, который хранит эта переменная, дописывается стандартный путь иерархии папок в ANSYS.

После того, как эта функция отработала, ее результат и будет путем к исполняемому файлу ANSYS.

Но при запуске программ из DELPHI в некоторых случаях возможны ошибки: неправильный путь, отсутствие исполняемых файлов, ошибки при их открытии и мн. др.

Для отслеживания подобных нюансов используется процедура RUN.

procedure RUN(ExecuteFile,ParamString:PChar);

Параметрами этой процедуры являются путь к исполняемому файлу и строка передаваемых параметров.

Эта процедура отслеживает запуск исполняемого файла, и если программа запустилась, то отработала ли так, как нужно. И, если же все-таки возникли какие-либо сбой или ошибки при запуске или работе приложения, то пользователь будет об этом оповещен, а программа закрыта.

д) Подбор жесткости стержня

Для соответствия пространственной и стержневой моделей конструкций необходимо уточнить жесткость стержневой конструкции.

Жесткость стержня подбирается таким образом, чтобы перемещения стержневой и пространственной конструкций в верхних точках были равны.

Р=1

Р=1

Рис. 10 – Схема подбора жесткости стержня.

,

где C – жесткость; k – коэффициент пропорциональности жесткости конструкции и модуля упругости материал.

где E – первоначальный модуль упругости стержня; P – единичная сила; δ – перемещения стержня с модулем упругости Е при воздействии единичной силы Р; δ_эт – перемещения пространственной конструкции при воздействии единичной силы Р; E_эт – модуль упругости для стержневой конструкции, при котором перемещения конструкций примерно равны.

После того как жесткость стержня подобрана, файл стержневой модели генерируется заново, но уже с обновленным параметром модуля упругости. Так же производится загрузка файла пространственной конструкции со всеми подключенными анализами конструкции.

После чего в рабочей директории сохраняются сгенерированные ANSYS файлы с собственными частотами колебаний (если подключен только модальный анализ), сейсмическими усилиями, значениями максимальных перемещений и напряжений (если подключен еще и спектральный).

е) Расчет стержневой конструкции по СНиП

Для решения системы уравнений, оговоренной в п. 2.1, необходимы значения трех типов переменных:

a_i – массы этажей, сосредоточенные в точках на стержне (считаются в программе автоматически по введенным параметрам);

x_ij – перемещение точек стержня от единичной силы, приложенной в n-ой точке (определяются после проведения статического анализа конструкции в ANSYS, сохраняются в сгенерированные файлы и считываются в матрицу в программе);

ω² – круговая частота.

Единственной неизвестной переменной остается круговая частота.

Но т.к. нахождение ее первого приближения для дальнейших расчетов весьма трудоемко, запускается цикл от 0 до числа настолько большого, чтобы однозначно захватить все возможные моды колебаний конструкции и параметр цикла подставляется в матрицу как значение круговой частоты.

Корнями заданной системы уравнений будут такие круговые частоты, при которых определитель составленной матрицы будет равен нулю.

Для вычисления определителя матрицы использовалась функция RMatrixDet(A: TReal2DArray; N: AlglibInteger):Double из библиотеки ALGLIB.

Для каждого значения параметра цикла находилось значения определителя матрицы и как только произведение (n-1)–ого значения определителя на n–ое получалось меньше нуля, значит на интервале значений параметра от (n-1) до n есть корень и его необходимо уточнять.

Большее распространение в сравнении со всеми остальными получил метод хорд. Преимуществом является то, что берутся хорды, которые соединяют конечные точки каждого интервала. Метод основывается на известной теореме о законченном приросте функции: если функция, которая задана графически, и ее первая производная непрерывные, то в любом интервале хорда, которая стягивает данную дугу, параллельна касательной к кривой, по крайней мере, в одной точке, которая лежит в середине этого интервала.

Его я и выбрала для уточнения корней системы уравнений в своем дипломном проекте.

Поэтому, как только произведение двух соседних значений определителя меньше нуля, значения круговых частот соответствующих этим значениям определителя передаются в функцию MetXord, которая находит такое значений круговой частоты, при котором определитель равен нулю (или близок к нулю с заданной точностью).

ж) Генерация отчета

По окончании расчета открывается файл MS Word с данными полученными в ходе расчета.

Если перед началом расчета был выбран только модальный анализ, то отчет будет содержать только значения собственных частот колебаний из ANSYS и расчета по СНиП, а также их сравнение в процентах.

Если был выбран и спектральный анализ, то в отчет добавляются значения сейсмических усилий, значения максимальных перемещений и напряжения в узлах и номера узлов.

Отчет можно просто просмотреть и закрыть, а можно сохранить стандартным способом сохранения документов Word.

Внешний вид отчета при выборе модального и спектрального анализа:

Рис. 11 – Отчет с результатами расчета.

з) Создание руководства пользователя

Основой многих справочных системы являются chm-файлы. Chm-файл представляет собой компилированный HTML-документ, полученный путем компиляции (объединения) файлов, составляющих HTML-документ, в том числе и файлов иллюстраций.

Создать chm-файл можно при помощи утилиты Microsoft HTML Help Workshop.

Рис. 12 – Подготовка HTML-файла для элемента содержания «О руководстве».

Содержание справочной системы принято изображать в виде иерархического списка. Элементы верхнего уровня соответствуют разделам, а подчиненные им элементы — подразделам и темам.

Чтобы во вкладку «Содержание» добавить элемент, соответствующий разделу справочной системы, нужно щелкнуть на кнопке «Вставить заголовок.

Рис. 13 – Создание элементов содержания для руководства программы.

После того как будут определены файлы, в которых находится справочная информация и подготовлена информация для формирования вкладки «Содержание», можно выполнить компиляцию — преобразовать исходную справочную информацию в файл справочной системы (chm-файл).

Результатом компиляции является файл справочной системы (chm-файл) «Руководство пользователя».

Рис. 14 – Скомпилированный HTML-файл.

Файл «Руководство пользователя» содержит необходимую информацию по использованию программы: инструкцию для начала работы, описание программы, основных элементов меню, необходимых для работы данных, и структуры итогового отчета.