Направление 3. Инновационное развитие архитектурно строительного комплекса

УДК 519.63: 004.055

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ УПРАВЛЕНИЯ MS EXCEL ПРИ РАСЧЕТЕ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ РАЗНОСТЕЙ

Т.А. Лашевич, магистрант;

Е.Н. Федорчук, магистрант

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет

СибАДИ(СибАДИ)», Омск, Россия

Аннотац я. В статье рассмотрен вопрос о создании универсального автоматизированного расчетного шаблона по расчету пластин на базе общедоступного математического комплекса MS Excel. Автомат зац я расчетного шаблона достигается путем введения в него элементов управления, а так же зап санных макросов. Использование элементов управления позволяет

настроить нтерфейс расчетного шаблона, свести действия оператора к минимуму и таким образом мин м з ровать ош ки з-за неправильного ввода данных.

Ключевые слова: ч сленные методы расчета, метод конечных разностей, дифференциальное уравнение, зг баемые элементы, элементы управления.

USING CONTROLS IN MS EXCEL WHEN CALCULATING BENDING ELEMENTS OF

FINITE DIFFERENCES METHOD

T.A. Lashevich, master student;

E.N. Fedorchuk, master student

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education

«The Siberian State Automobile and Highway University», Omsk, Russia

Annotation: The article deals with the creation of a universal automated calculation template for the calculation of plates on the basis of a public mathematical complex MS Excel. Automation of the calculation template is achieved by introducing controls, as well as recorded macros. The use of controls allows you to customize the interface of the calculation template, minimize operator actions and thus minimize errors due to incorrect data entry.

Keywords: numerical methods of calculation, finite difference method, differential equation, bending elements, control elements.

Введение

Метод конечных разностей (МКР) или метод сеток, в настоящий момент времени, является одним из самых универсальных численных методов расчета. Он позволяет решать задачи широкого спектра. Это могут быть задачи строительной механики, термодинамики, гидравлики и т.д.

Однако в силу низкой автоматизации расчетов он не получил должного развития и распространения. Поэтому в настоящий момент времени МКР используется только в научных целях для решения различного рода дифференциальных уравнений в учебном процессе. Об инженерных расчетах речи не идет.

Конечно, в последнее время проводятся попытки автоматизировать расчетный процесс методом конечных разностей, но и они относятся скорей к научной деятельности, чем к инженерной.

Для должного распространения необходимо разрабатывать автоматизированные расчетные комплексы, где действия оператора сводились бы к минимуму. Только в этом случае можно говорить об использовании МКР для инженерных расчетов.

Поэтому, для популяризации инженерных расчетов методом конечных разностей, разработка автоматизированных расчетных алгоритмов и комплексов является актуальной задачей.

Использование элементов управления Ms Excel

Не смотря на то, что программный комплекс MS Excel позволяет выполнять расчеты инженерных задач методом конечных разностей в автоматическом режиме [1 - 5] большое количество операций все равно приходится выполнять самостоятельно.

Ктаким операциям можно отнести следующие действия:

-при изменение граничных условий значения в контурных и законтурных ячейках приходится корректировать;

202

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ

Сборник материалов III Международнойнаучно практической конференции

-при изменении материала пластин и стержней их характеристики также приходится корректировать;

-из-за огромного количества изменяемых ячеек на листах расчетный процесс может значительно замедлиться, поэтому расчетное поле (поле расчета прогибов) целесообразно размещать на отдельном листе и после окончания расчета копировать полученные значения прогибов на лист где определяются усилия;

-и прочие действия, которые не являются особенно трудоемкими, но все равно требуют внимания

идополнительного расхода времени.

Одним из способов автоматизации расчетов в MS Excel являются “Элементы управления формы”

(Рис. 1). По своей сути они представляет собой интерактивные элементы управления (кнопки, списки, СибАДИфлажки и др.). ами по себе они не учувствуют в расчетах, однако данные, которые они позволяют

выводить из предложенных диапазонов значений в совокупности с некоторыми функциями Ms Excel позволяют автомат з ровать процесс расчета. Таким образом, они делают управление данными более удобными, наглядными уменьшают вероятность ввода некорректных данных.

Рисунок 1 – Элементы управления формы

Таким образом, подключение элементов управления на ввод этих данных позволит в значительной степени автоматизировать расчетный шаблон.

Для введения параметров материала изги аемого элемента (пластины) целесообразней всего использовать элемент управления «Поле со списком», которое необходимо связать с таблицей параметров материалов при помощи функции «ИНДЕКС» (Рис.2).

Рисунок 2 – Введения параметров материала изгибаемого элемента (пластины)

Для описания граничных условий по контуру расчетной таблицы целесообразно использовать «Переключатели», которые необходимо объединять в «группы». «Группы» будут состоять из трех «Переключателей», которые отвечают за шарнирное опирание пластины, жесткую заделку края пластины и свободный край. Необходимо располагать по одной группе «переключателей» напротив каждой стороны и каждого угла (Рис. 3). В расчетных ячейках, отвечающих за граничные условия при помощи функции «ЕСЛИ» записываются варианты формул связываются с «Переключателями».

Рисунок 3 – Описание граничных условий изгибаемого элемента (пластины)

203

Направление 3. Инновационное развитие архитектурно строительного комплекса

Также при помощи элемента управления «Переключатель» задается вариант расчета пластины опертой по контуру или на упругом основании. Указание «Переключателя» активирует задание введения коэффициента постели, характеризующего упругое основание.

Не стоит забывать и о следующем недостатке расчетного процесса, которым является постоянная необходимость запускать или останавливать итерационные расчеты, что, в принципе, не занимает много времени, однако это делает расчет неудобным.

Для оптимизации расчетного процесса разместим на листе две «Кнопки», на которые при помощи записи макросов установим функции запуска и остановки итерационных расчетов (Рис. 3).

После начала записи макроса выполняем все действия, которые нам необходимо автоматизировать. А именно проходим путь: вкладка “Параметры Excel”, меню “Формулы”, “Включить

СибАДИитерационные вычисления”. После этого запись макроса можно остановить (Рис. 4).

Аналогично запишем макрос на остановку итерационного расчета. Теперь нажатием кнопок можно запускать останавл вать терац онные расчеты.

При расчете внутренн х ус л й, в случае размещения полей, в которых происходит вычисление усилий на одном л сте с полем, в котором вычисляются прогибы, из-за большого числа изменяемых вычислений расчетный, процесс расчета может занять больше времени. Поэтому целесообразно разместить поля по определен ю внутренних усилий на отдельном листе.

В этом случае полученные значения прогибов копируются из первого листа, после окончания расчетов при помощи команды “Специальная вставка”, “Значения” (Рис. 5).

Эти действ я необход мо выполнять каждый раз после каждого расчета, поэтому целесообразно разместить на первом л се «Кнопку», для которой запишем макрос по копированию перемещений на новый лист (Р с. 3).

Рисунок 4 – Запись макроса

Рисунок 5 – Специальная вставка

Заключение

В результате получен алгоритм по расчету изгибаемых пластин на основе метода конченых разностей, который в автоматическом режиме позволяет определять вертикальные перемещения, а так же усилия: изгибающие и крутящие моменты, поперечные силы. Встроенные в расчетный алгоритм «Элементы управления» с записанными на них макросами позволяют максимально автоматизировать процесс расчета.

204

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ

Сборник материалов III Международнойнаучно практической конференции

Библиографический список

1. Комлев А.А. К расчету прямоугольных пластин методом конечных разностей / А.А. Комлев, С.А. Макеев // В сборнике: Архитектурно-строительный и дорожно-транспортный комплексы: проблемы, перспективы, инновации Сборник материалов II Международной научно-практической конференции. Министерство образования и науки Российской Федерации, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет ( ибАДИ)», 2017. – С. 245-248.

2. Комлев А.А. Расчет прямоугольных пластин на упругом основании методом конечных разностей / А.А. Комлев, .А. Макеев // Динамика систем, механизмов и машин. – 2017. – Т. 5. – № 1. – С. 29-34.

3. Комлев А.А. Автоматизация расчетов прямоугольных пластин методом конечных разностей / А.А. Комлев,

.А. Макеев // В сборнике: Архитектурно-строительный и дорожно-транспортный комплексы: проблемы, СибАДИперспективы, новации Материалы Международной научно-практической конференции: Электронный ресурс,

2016. – . 157-161.

4. Макеев .А. Автомат зац я расчета прямоугольных пластин на упругом основании методом конечных разностей / .А. Макеев, А.В. Дм трюк // Техника технологии строительства. – 2017. – № 3 (11). – С. 54-57.

5. Чакур н, И. А. Стат ческ й расчет конструкций численными методами [Электронный ресурс] учебное пособие / И. А. Чакур н, А. А. Комлев, С. А. Макеев // СибАДИ, Кафедра СК. - Электрон. дан. – Омск: СибАДИ, 2017. – 101 с.

Научный руковод тель – Макеев . ., д-р техн. наук, профессор кафедры “СК”.

205