Лабораторна робота №4 Розрахунок напружено-деформованого стану складної рами
Мета роботи: виконати розрахунок складної рами.
Завдання для підготовки до виконання лабораторної роботи
Розрахувати раму, визначити напруження, дослідити епюри згинального моменту і поперечних сил.
РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1 Смирнов В.А. Александров А.В., Лащенков В.А., Шапошников Н.Н. Строительная механика стержневых систем.– М.: Стройиздат, 1981.
2 Съярле Ф. Метод конечных элементов для эллиптических задач. –М., "МИР", 1980.
4 Городецкий А.С., Олин А.И., Батрак Л.Г., Домащенко В.В., Масну-ха А.М. "ЛИРА-ПК" - программный комплекс для расчета и проектирования конструкций на персональных компьютерах. – Киев, вып. НИИАСС, 1988.
Умова задачі і вихідні дані:
1 Розрахувати й проаналізувати напружено-деформований стан плоского поперечника промислового будинку (рис.2.4).
Рама має три прольоти довжиною 12 м, надкранову і підкранову частини відповідно висотою 4 і 8 м.
Профіль стержнів колон має прямокутну форму з розмірами: h=40 см, b=60 см, ригелів – тавр з розмірами: b=10 см, h=80 см, b1=30 см, h1=12 см.
Механічні характеристики: модуль Юнга Е= 3е6 тс/м3; щільність матеріалу Ro=2,75 тс/м3.
Навантаження на конструкцію:
перше завантаження – власна вага;
друге – сьоме завантаження – кранові навантаження;
восьме - тринадцяте завантаження – гальмові навантаження;
чотирнадцяте завантаження – гармонійний динамічний вплив на середні вузли ригелів.
2 Вивести епюри поперечних сил і згинальних моментів у кожному завантаженні.
Рисунок 2.4 – Схема рами
Під час виконання лабораторної роботи студент повинен знати: мету виконання лабораторної роботи, порядок її виконання та загальні теоретичні положення; вміти: виконувати розрахунок напружено-деформованого стану складної рами, будувати епюри та визначати напруження.
Порядок виконання лабораторної роботи наведено в таблиці 2.5. Типи навантажень для складної рами та параметри для таблиці РСУ наведено у таблицях 2.6 та 2.7.
Таблиця 2.5 – Послідовність дій під час розрахунку напружено-деформованого стану складної рами
|
Етапи |
Команди |
Порядок виконання | |
|
1 |
2 |
3 | |
|
Створення файлу для нової задачі |
ФАЙЛ/ НОВЫЙ
|
Задати: ім’я файлу – СКЛАДНА РАМА, ознака схеми (кількість ступенів вільності) – 2 (три ступені вільності у вузлі – два переміщення і поворот в площині X0Z) | |
|
Створення геометрії схеми |
СХЕМА/ СОЗДАНИЕ/
РЕГУЛЯРНЫЕ
ФРАГМЕНТЫ И СЕТИ (піктограма
|
Задати крок уздовж першої (горизонтальної) осі | |
|
Значення L (мм) |
Кількість N | ||
|
0,6 10,8 0,6 10,8 0,6 10,8 0,6 |
1 1 2 1 2 1 1 | ||
|
Задати крок уздовж другої (вертикальної) осі | |||
|
Значення L (мм) |
Кількість N | ||
|
8 4 |
1 1 | ||
|
Рама набуває наступного вигляду:
Вилучити
зайві
елементи, для чого необхідно виділити
на схемі вузли й елементи (вони
відмічені чорними квадратами), які
належать тільки цим елементам, обрати
піктограму
| |||
)
.
При цьому видаляються також
горизонтальні елементи.
Продовження таблиці 2.5
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
Добавити
елементи, яких не вистачає після
вилучення зайвих елементів: в меню
СХЕМА/КОРРЕКТИРОВКА/ДОБАВИТЬ ЭЛЕМЕНТ
(піктограма
Оскільки
в середніх вузлах горизонтальних
елементів (ригелів) буде знаходитися
вузлове навантаження, то в меню СХЕМА/
КОРРЕКТИРОВКА/ДОБАВИТЬ ЭЛЕМЕНТ
активізується опція ДЕЛЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТА
і потім в діалоговому вікні вказується
Количество
элементов,
на яке будуть поділені існуючі елементи
(на схемі N=2)
(піктограма
|
|
Добавити шарніри на верхні горизонтальні елементи. На перший горизонтальний елемент: – виділити лівий вузол на горизонтальному елементі; – розташувати шарнір у вузлі, для чого використати команду ЖЕСТКОСТИ/ШАРНИРЫ в первом узле в напрямку UY; – натиснути на кнопку "Подтвердить"; – виділити правий вузол в горизонтальному елементі; – розмістити шарнір у вузлі, для чого використати команду ЖЕСТКОСТИ/ШАРНИРЫ во втором узле в напрямку UY; – натиснути на кнопку "Подтвердить". На другий горизонтальний елемент: – виділити лівий вузол на горизонтальному елементі; – розташувати шарнір у вузлі, для чого використати команду ЖЕСТКОСТИ/ШАРНИРЫ в первом узле в напрямку UY; – натиснути на кнопку "Подтвердить"; – виділити правий вузол в горизонтальному елементі; |
)
добавляються необхідні елементи –
кожен між двома існуючими вузлами, ці
вузли повинні бути вказані курсором.
).
Продовження таблиці 2.5
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
– розмістити шарнір у вузлі, для чого використати команду ЖЕСТКОСТИ/ШАРНИРЫ во втором узле в напрямку UY; – натиснути на кнопку "Подтвердить". На третій горизонтальний елемент: – виділити лівий вузол на горизонтальному елементі; – розташувати шарнір у вузлі, для чого використати команду ЖЕСТКОСТИ/ШАРНИРЫ в первом узле в напрямку UY; – натиснути на кнопку "Подтвердить"; – виділити правий вузол в горизонтальному елементі; – розмістити шарнір у вузлі, для чого використати команду ЖЕСТКОСТИ/ШАРНИРЫ во втором узле в напрямку UY; – натиснути на кнопку "Подтвердить". |
|
Упакувати
схему можна, виконавши команду
СХЕМА/КОРРЕКТИРОВКА/УПАКОВКА СХЕМЫ
(піктограма
| ||
|
|
|
Пронумерувати
вузли й елементи, для чого виконати
команду ОПЦИИ/ФЛАГИ РИСОВАНИЯ
(піктограма
|
|
Призначен-ня закріплен-ня в вузлах |
1 ВЫБОР/ ОТМЕТКА УЗЛОВ 2 СХЕМА/ СВЯЗИ
(піктограма
|
У нижніх вузлах рами (1-4) призначити зв’язки в напрямках X , Z, UY.
|
|
Задання жорсткостей елементів |
ЖЕСТКОСТИ/
ЖЕСТКОСТИ
ЭЛЕМЕНТОВ (піктограма
|
Тип жорсткості для колон – Брус (бетон), у діалоговому вікні вказати наступні параметри: модуль пружності E = 3е6 т/м2; геометричні розміри перерізу В = 40 см; Н=60 см; об’ємна вага Ro=2,75 т/м3 |
).
).
У відкритому діалоговому вікні
активізувати по черзі вкладки ЭЛЕМЕНТЫ
і УЗЛЫ та натиснути на кнопку ПОКАЗАТЬ.
)
)Продовження таблиці 2.5
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
Тип жорсткості для ригелів – Тавр (бетон), у діалоговому вікні вказати наступні параметри: модуль пружності Е = 3е6 т/м2; геометричні розміри перерізу В = 10 см; Н = 80 см; В1 = 30 см; Н1 = 12 см; об’ємна вага Ro=2,75 т/м3 |
|
|
|
Призначити жорсткість для ребер підкріплення – КЭ 2 «Численное значение» і задати: – жорсткість елемента на осьовий стиск (розтягування) EF = 1е9 т; – жорсткість елемента на згинання навколо осі Y1 EІy =1е7 тм2; – першу координату Z ядра перерізу Z1 = 0,04 м; – другу координату Z ядра перерізу Z2 = 0,06 м; – погонну вагу q q=2,75 т/м |
|
Призна-чення наванта-жень |
НАГРУЗКИ/ ВЫБОР ЗАГРУЖЕНИЯ |
Див.табл. 2.6 – Типи навантажень в рамі |
|
Створення таблиці РСУ |
НАГРУЗКИ/ РСУ/ГЕНЕ-РАЦИЯ ТАБ-ЛИЦЫ РСУ |
Див.табл. 2.7 – Параметри для таблиці РСУ |
|
Виконання розрахунку |
РЕЖИМ/ ВЫПОЛНИТЬ
РАСЧЕТ (піктограма
|
Програма переходить в режим розрахунку, на екран виводиться індикатор стану розрахунку |
|
Режим візуалізації результатів розрахунку |
РЕЖИМ/ РЕЗУЛЬТАТЫ
РАСЧЕТА (піктограма
|
Виведення на екран епюр, команда меню УСИЛИЯ/ЭПЮРЫ |
)
)
Таблиця 2.6 – Типи навантажень в рамі
|
№ заванта-ження |
Тип навантаження |
Вид навантаження |
Параметры навантаження |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1 |
Власна вага |
Власна вага |
|
|
2 |
Кранове
|
Зосереджена сила на вузол 6, вузол 7, вздовж глобальної осі Z |
Р= 84 т, Р= 16 т |
|
3 |
Кранове |
Зосереджена сила на вузол 6, вузол 7, вздовж глобальної осі Z |
Р= 16 т, Р= 84 т |
|
4 |
Кранове |
Зосереджена сила на вузол 9, вузол 10, вздовж глобальної осі Z |
Р= 84 т, Р= 16 т |
|
5 |
Кранове |
Зосереджена сила на вузол 9, вузол 10, вздовж глобальної осі Z |
Р= 16 т, Р= 84 т |
|
6 |
Кранове |
Зосереджена сила на вузол 12, вузол 13, вздовж глобальної осі Z |
Р= 84 т, Р= 16 т |
|
7 |
Кранове |
Зосереджена сила на вузол 12, вузол 13, вздовж глобальної осі Z |
Р= 16 т, Р= 84 т |
|
8 |
Гальмове |
Зосереджена сила на вузол 6, вздовж глобальної осі Х |
Р= 4,2 т |
|
9 |
Гальмове |
Зосереджена сила на вузол 7, вздовж глобальної осі Х |
Р= 4,2 т |
|
10 |
Гальмове |
Зосереджена сила на вузол 9, вздовж глобальної осі Х |
Р= 4,2 т |
|
11 |
Гальмове |
Зосереджена сила на вузол 10, вздовж глобальної осі Х |
Р= 4,2 т |
Продовження таблиці 2.6
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
12 |
Гальмове |
Зосереджена сила на вузол 12, вздовж глобальної осі Х |
Р= 4,2 т |
|
13 |
Гальмове |
Зосереджена сила на вузол 13, вздовж глобальної осі Х |
Р= 4,2 т |
|
14 |
Гармонійний динамічний вплив |
Зосереджена сила на вузли 19, 20, 21, вздовж глобальної осі Z гармонійне навантаження.
Параметри: коефіцієнт непружного опору; вимушена частота зовнішнього впливу; кількість форм коливань, які враховуються; вузлове гармонійне навантаження: додаткова маса в вузлах (маса в вузлах) вздовж глобальної осі Z; закон дії навантаження; амплітуда впливу навантаження; зсув фази |
Р=10 т
НАГРУЗКА/ДИНА-МИКА/ ТАБЛИЦЯ ДИНАМИ- ЧЕСКИХ ЗАГРУЖЕНИЙ
К=0,1,
3 рад/с,
3
5 т,
SIN,
3 т, 1 рад |
Таблиця 2.7 – Параметри для таблиці РСУ
|
№ заван-тажен-ня |
Вид завантаження |
№ групи взаємо-виключних завантажень |
№ супроводжу-ючих завантажень |
Враховувати
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1 |
Постійне |
|
|
|
|
2 |
Кранове |
1 |
8, 9 |
|
|
3 |
Кранове |
1 |
8, 9 |
|
|
4 |
Кранове |
2 |
10, 11 |
|
|
5 |
Кранове |
2 |
10, 11 |
|
|
6 |
Кранове |
3 |
12, 13 |
|
|
7 |
Кранове |
3 |
12, 13 |
|
|
8 |
Гальмове |
4 |
|
Знакозмінність |
|
9 |
Гальмове |
4 |
|
Знакозмінність |
|
10 |
Гальмове |
5 |
|
Знакозмінність |
|
11 |
Гальмове |
5 |
|
Знакозмінність |
|
12 |
Гальмове |
6 |
|
Знакозмінність |
|
13 |
Гальмове |
6 |
|
Знакозмінність |
|
14 |
Особливе |
|
|
|
Порядок представлення та оформлення звіту
Після виконання лабораторної роботи студент повинен оформити та представити звіт про виконання лабораторної роботи.
Під час оформлення звіту про виконання лабораторної роботи необхідно:
на титульному аркуші вказати: назву університету, кафедри; назву та номер лабораторної роботи; прізвище, ініціали та номер групи студента; дату виконання; прізвище та ініціали викладача;
оформити звіт, використовуючи отримані результати, побудувати епюри сил і моментів;
сформулювати висновки відповідно до мети роботи, базуючись на отриманих результатах.
Питання для самоконтролю
Що таке рама, ригель, стійка?
Як з’єднані стійка і ригель?
Де знаходяться надкранова і підкранова частини рами?
Скільки ступенів вільності у вузлах рами?
Як створити файл для розрахунку рами?
Як ввести шарніри в стержневу систему рами?
Як додати і видалити зайві елементи в рамі?
Як проглянути деформовану і недеформовану схеми для рами?
У якому пункті меню виконується гармонійне завантаження?