946
.pdf
е р и я в н у т р и в у з о в с к и х СибАДИм е т о д и ч е с к и х у к а з а н и й С и б А Д И
Мин стерство науки высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
« ибирск й государственный автомо ильно-дорожный университет (СибАДИ)» Кафедра «Строительные конструкции»
С.А. Макеев, . . лександров
МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
В ПРОМЫШЛЕННО-ГРАЖДАНСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Методические указания к лабораторным работам
Омск ▪ 2019
УДК 624.011.1:624.011.78 ББК 38.55:38.56
М15
Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию» данная продукция маркировке не подлежит.
Рецензент
канд. техн. наук , доц. Демиденко О.В. (СибАДИ)
СибАДИРабота утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве методическ х указан й.
Макеев, Сергей Александрович.
М15 Методы решен я научно-технических задач в промышленно-
гражданском стро тельстве [Электронный ресурс] : методические указания к лабораторным работам / С.А. Макеев, А.А. Александров. – (Серия внутривузовских методическ х указан й С АДИ). – Электрон. дан. – Омск : СибАДИ, 2019. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-bin/irbis64r plus/cgiirbis 64 ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.
Содержат задания и порядок выполнения лабораторных работ по дисциплине «Методы решения научно-технических задач в промышленно-гражданском строительстве». Спосо ствуют олее глубокому усвоению основных теоретических положений курса и развитию навыков расчета строительных конструкций на прочность жесткость.
Имеют интерактивное оглавление в виде закладок.
Рекомендованы обучающимся всех форм обучения направления подготовки магистратуры «Строительство» магистерской программы «Управление проектами в строительстве».
Подготовлены на кафедре «Строительные конструкции».
Текстовое (символьное) издание (482 КБ)
Системные требования: Intel, 3,4 GHz; 150 Мб; Windows XP/Vista/7; DVD-ROM; 1 Гб свободного места на жестком диске; программа для чтения pdf-файлов: Adobe Acrobat Reader; Foxit Reader
Техническая подготовка В.С. Черкашина
Издание первое. Дата подписания к использованию 30.01.2019 Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5
РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1
ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2019
Лабораторнаяработа№ 1
ЗНАКОМСТВО С MS EXCEL. ЗАПУСК И ОСВОЕНИЕ ПРОЦЕДУРЫ «ПОИСК РЕШЕНИЙ»
Цель работы
Знакомство с MS Excel. Запуск и освоение процедуры «Поиск решении».
СИсходные данные
Найти корни уравнений (квадратное, кубическое, найти экстремумы этихфункц й) б А Д И
Порядок выполнения работы
Алгоритмы решения нелинейных уравнений с помощью процедуры «Поиск решения» в табличном процессоре MS Excel представлены в учебном посо
бии |
«Статический |
расчет |
конструкций численными методами» |
http://bek.sibadi.org/fulltext/esd391.pdf. |
|
||
3
|
Контрольные вопросы к лабораторной работе № 1 |
1. |
Метод Ньютона решения нелинейных уравнений. |
2. |
Метод сопряженных градиентов решения нелинейных уравнений. |
3. |
Целевая функция. |
4. |
Изменяемые ячейки? |
5. |
Дополнительные ограничения. |
С |
|
6. |
Начальное приближение. |
Лабораторнаяработа№ 2
ОСВОЕНИЕ МЕТОДА ЭЙЛЕРА ИНТЕГРИРОВАНИЯ нийДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ
Цель работы
в средебMS Excel.
Освоен е метода Эйлера интегрирования дифференциальных уравне-
Исходные данные
Ввести в MS ExcelАсистему дифференциальных уравнений (растяже- ние-сжатие, продольно-поперечный изгиб) и построить алгоритм интегри-
рования методом Эйлера c заданными нагрузками и условиями закрепления стержней.
Д И
4
Порядок выполнения работы |
|
||
С |
|
|
|
Алгор тмы решен я систем дифференциальных уравнений состояния |
|||
стержневых с стем в та личном процессоре MS Excel представлены в учебном |
|||
|
«Стат ческ й |
расчет |
конструкций численными методами» |
http://bek.sibadi.org/fulltext/esd391.pdf. |
|
||
|
Контрольные вопросы к лабораторной работе № 2 |
||
пособии |
|
||
1. |
Задание шага интегрирования; |
||
2. |
б |
||
Задание геометрических характеристик сечения; |
|||
3. |
Заждание граничных условий закрепления концов стержня;. |
||
4. |
Построение алгоритма интегрирования; |
||
5. |
Запуск процедуры «Поиск решения»; |
||
6. |
АвтоматическоеАпостроение эпюр внутренних сил и перемещений; |
||
7. |
Проверка правильности построения эпюр; |
||
8. |
Алгоритм прочностного расчета и расчета на жесткость. |
||
9. |
Задание расчётных сечений для ригелей. |
||
|
|
Д |
|
|
Лабораторнаяработа№ 3 |
||
|
|
|
И |
ЗНАКОМСТВО И ОСВОЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПРИНЦ ПОВ РАБОТЫ СОВРЕМЕННЫХ ПК
Цель работы
Получить навыки и умение моделирования статической работы балок, плит, каркасов в ПК ЛИРА-САПР.
5
Исходные данные
Рассчитать многопролетную неразрезную балку с шарнирными опорами (пролеты 2 м, 3 м, 2 м) прокатного двутаврового сечения с размерами и нагрузкой по таблице на прочность и жесткость аналитическими методами и в ЛИРА-
АПР, сравнение прогибов, напряжений.
|
Вари- |
|
№ про- |
Q, т/м |
ант № |
филя |
|
|
|
|
1 |
|
14 |
2 |
|
2 |
|
16 |
4 |
|
3 |
|
20 |
4 |
и |
24 |
5 |
||
С |
4 |
|
||
5 |
|
30 |
5 |
|
|
6 |
|
14 |
1,8 |
|
7 |
|
16 |
3 |
б |
4,5 |
|||
|
8 |
|
20 |
|
|
9 |
|
24 |
6 |
|
10 |
|
30 |
6 |
Порядок выполнения ра оты |
|
|
|
Алгоритм решения стержней, балок в ПК |
-САПР представлены в |
||
учебном пособии «Расчеты конструкций в ПК |
|
-САПР» |
|
|
Д |
||
https://drive.google.com/open?id=1IORegmLkNXTERhSdFЛИРАRjScjxzWfxzVXi |
|||
https://drive.google.com/open?id=1hdENfpay418lj3LUZ fVD63KiSv7rzKb. |
|||
|
Контрольные вопросы к лабораторной работе № 3 |
||
1. |
|
И |
|
Создание конечно-элементной модели. |
|
||
2. |
Задание опор. |
|
|
3. |
Задание сечения. |
|
|
4. |
Задание нагрузок. |
|
|
5. |
Выполнение статического расчёта конструкции. |
||
6. |
Как выполняется просмотр результатов статического расчёта? |
||
6
Лабораторнаяработа№ 4
ОБРАЗОВАНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОГО ШАРНИРА ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ИЗГИБЕ КОНСОЛЬНЫХ БАЛОК. АНАЛИЗ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ
Цель работы – получить навыки и умение моделировать работу стальных конструкций с учетом физической нелинейности стали по СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции».
Исходные данные
Довести стальную (С245) консольную балку до 30 % включения сече-
в пласт ческ |
е деформации. |
|
||
С |
|
Высота сече- |
Ширина сечения, |
|
|
Консоль, м |
|||
|
|
|
ния алки, мм |
мм |
1 |
1,0 |
|
300 |
100 |
2 |
2,0 |
|
400 |
150 |
3 |
3,0 |
|
400 |
200 |
ния |
300 |
100 |
||
4 |
1,0 |
|
||
5 |
2,0 |
|
400 |
150 |
6 |
3,0 |
|
400 |
200 |
7 |
1,0 |
|
300 |
100 |
8 |
2,0 |
|
400 |
150 |
б |
200 |
|||
9 |
3,0 |
|
400 |
|
10 |
1,0 |
|
300 |
100 |
|
|
А |
||
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
И |
7
Порядок выполнения работы.
Алгоритм моделирования работы стальных конструкций с учетом физической нелинейности стали по СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» представлены в учебном пособии «Расчеты конструкций в ПК ЛИРА-САПР»
https://drive.google.com/open?id=1IORegmLkNXTERhSdF RjScjxzWfxzVXi https://drive.google.com/open?id=1hdENfpay418lj3LUZ fVD63KiSv7rzKb.
Контрольные вопросы к лабораторной работе № 4
- Д аграмма растяжения; |
|
- Основные характеристики прочности стали; |
|
- Относ тельное остаточное сужение; |
|
С |
|
- Коэфф ц ент Пуассона; |
|
- Модуль |
; |
- Участок упрочнен я; |
|
- Остаточные напряжения. |
|
упругости |
|
|
Ла ораторнаяработа№5 |
бЧИСЛЕННОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ: |
|
- КОЭФФИЦИЕНТ ДИНАМИЧЕСКОГО УСИЛЕНИЯ ПРИ ПАДЕНИИ |
|
|
ГРУЗА НА УПРУГУЮ БАЛКУ; |
- ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБ НИЯ ПРИ СИЛОВОМ |
|
|
И КИНЕМАТИЧЕСКОМ ВОЗБУЖ ЕНИИ; |
|
А |
- ПОСТРОЕНИЕ АЧХ ДЛЯ ОДНОМ ССОВОЙ СИСТЕМЫ |
|
нием, составленным из двух прокатныхДдвутавров; разработка системы граничных условий с реализацией алгоритмов интегрирования в среде Excel.
Цель работы – Исследовать процесс колебания груза массой m, разме-
щенного посередине шести метровой двухопорной балки с поперечным сече-
Исходные данные |
|
Исследовать процесс колебания груза массой m, размещенного посере- |
|
|
И |
дине шести метровой двухопорной балки с поперечным сечением, составлен- |
|
ным из двух прокатных двутавров № 20. Собственным весом балки пренебречь. Данная балка имеет в середине пролета вычисленную ранее* податли-
вость δ11 = 0,000000611168 м/н.
8
С |
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
||
1. |
балке |
|
|||
Оттянуть груз вн з на 12 мм и проследить за соотношением скорости |
|||||
|
перемещен я в процессе движения. |
|
|
||
2. |
Толкнуть груз вн з со скоростью 1 м/с и проследить за процессом ко- |
||||
лебан й. Рассмотреть другие варианты начальных условий. |
|
||||
3.Найти максимальные напряжения в |
. |
|
|||
4. |
Оценить влияние демпфирования на процесс колебаний |
|
|||
1. |
Бросить груз весом 2000 н с нулевой высоты. Найти коэффициент ди- |
||||
намического усиления kд. |
|
|
|
|
|
2. |
Подобрать коэффициент демпфирования при котором происходит пол- |
||||
ное апериодическое движение (отсутствие колебаний). |
|
||||
3. |
Бросить груз весомА2000 н с высоты 1,8 м. Найти коэффициент динами- |
||||
ческого усиления kд. |
|
|
|
|
|
1. |
Найти статический прогиб балки при остановленном двигателе массой |
||||
2000 кг. |
|
|
|
|
|
2. |
Найти амплитуду установившихся колебаний двигателя при скорости |
||||
вращения вала 1500 об/мин и дисбалансеД50 кг. |
|||||
3. |
Рассмотреть резонансные явления при различном демпфировании. |
||||
1. |
Найти статический прогиб балки при грузе 5 т. |
|
|||
2. |
Найти амплитуду установившихся колебаний груза при частоте верти- |
||||
кальных колебаний основания р = 2 Гц с амплитудой А0 = 5 мм по закону |
|||||
синуса. |
|
|
И |
||
3. |
Рассмотреть резонансные явления при различном демпфировании. |
||||
|
Порядок выполнения |
|
|
|
|
|
Алгоритм исследования колебаний одномассовых систем в табличном |
||||
процессоре MS Excel представлены в |
|
|
|||
|
|
http://bek. |
sibadi.org/fulltext/esd262.pdf |
|
|
мики одномассовых систем» |
|
учебном пособии «Решение задач дина |
|||
|
|
|
. |
||
9
Контрольные вопросы к лабораторной работе № 5
1. Падение груза с высоты. Коэффициент динамического усиления. 2. Аналитическое и численные решения. Влияние демпфирования. 3. Методы определения демпфирования.
4. Примеры решения задач в строительстве. Фазовая картина. 5. Устойчивость стержневых систем.
6. Вынужденные колебания одномассовых систем с силовым и кинематическим возбуждением.
7. Резонанс. Напряжения в конструкциях при вынужденных колебаниях. 8. Анал т ческое решение для одномассовой системы.
и |
|
С |
Ла ораторныеработы№6, 7 |
АНАЛИЗПОВЕДЕНИЯОДНОМАССОВОЙСИСТЕМЫПРИ
ЕЙ МИЧЕСКОМВОЗДЕЙСТВИИ; АНАЛИЗПОВЕДЕНИЯСИСТЕМ С РАСПРЕДЕЛЕННОЙМАССОЙПРИСЕЙСМИЧЕСКОМВОЗДЕЙСТВИИ
Цель |
– Исследовать процесс колебания одномассовой и систем с |
распределенной массой в условиях сейсмического воздействия. |
|
|
А |
Исходныеработыданные
Многоэтажнное здание (каркас - этажерка из четырех стальных колонн по сетке 6х6 м с балочной клеткой) с монолитными перекрытиями загруженные собственным весом, технологическимДоборудование (сезон зима, лето).
Оценить в ЛИРА-САПР напряжения в колоннах при сейсмическом воздействии 7, 8, 9 баллов. Проверить аналитическими решениями.
Порядок выполнения работ
https://drive.google.com/open?id=1IORegmLkNXTERhSdFИRjScjxzWfxzVXi https://drive.google.com/open?id=1hdENfpay418lj3LUZ fVD63KiSv7rzKb.
Алгоритм моделирования работы стальных конструкций с учетом сейс-
мического воздействия представлены в учебном пособии «Расчеты конструкций в ПК ЛИРА-САПР»
Контрольные вопросы к лабораторным работам № 6, 7
1.Задание изгибной жесткости схемы здания.
2.Определение сосредоточенных масс в уровне перекрытий.
3.Задание сейсмического воздействия по СП 14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах.
4.Аналитическое решение для одномассовой системы.
10