Новые функции ПК «SCAD» версии 11.1

Новые  функции  ПК «SCAD»  версии  11.1

Препроцессор

Меню Отмена операции

В этом разделе меню (рис. 1) предусмотрена возможность возврата к предыдущему состоянию расчетной схемы, т.е. отмены результатов работы нескольких ранее выполненных операций (пункт Отмена) или восстановления результатов выполнения операций после их отмены (пункт Возврат).

Рис. 1. Меню Отмена операции

Операция Просмотр протокола решения задачи

Кнопка вызова операции просмотра Протокола решения задачи расположена в разделе Управление инстументальных панелей пре- и постпроцессора. Нажатием на эту кнопку вызывается стандартный текстовый редактор Notepad с последним состоянием протокола.

Операция Назначение коэффициентов упругого основания

В отличие от предыдущих версий комплекса SCAD, коэффициенты постели выделены в самостоятельный вид данных и не являются частью описания жесткостных характеристик элементов. Таким образом, элементы, имеющие одинаковые жесткостные характеристики, могут иметь одинаковый тип жесткости, независимо от заданного им коэффициента постели.

Значения коэффициентов постели задаются в диалоговом окне Назначение коэффициентов упругого основания, которое вызывается нажатием соответствующей кнопки в инструментальной панели Назначение. Значения коэффициентов для пластинчатых и стержневых элементов  вводятся соответственно на страницах Пластины (рис. 3) и Стержни (рис.4). Операция назначения коэффициентов выбранным элементам схемы выполняется нажатием кнопки ОК в инструментальной панели. Значения коэффициентов будут назначены стержням или пластинам в зависимости от того каким из этих типов элементов в окне Назначение коэффициентов упругого основания заданы ненулевые значения.

Значения коэффициентов могут быть вычислены с помощью специальных программ. Для определения коэффициентов постели С₁ (модель Винклера) под фундаментной плитой можно воспользоваться программой КРОСС, для связи с которой используется кнопка Расчет коэффициентов упругого основания —в инструментальной панели Назначение. С помощью кнопок Расчет коэффициентов упругого основания или Расчет коэффициентов деформативности основания, установленных на страницах диалогового окна (рис. 3, 4), могут быть вычислены коэффициенты С₁ и С₂ (модель Пастернака) как для пластинчатых, так и для стержневых элементов. В этом случае для расчета используются рекомендации, приведенные в работе В.Г. Пискунова [1]. Полученные значения коэффициентов автоматически переносятся в соответствующие поля страницы. При этом для стержневых элементов перенос выполняется в зависимости от установленных опций Применить по оси ... (рис. 4).

Назначение жесткостных характеристик специальным конечным элементам

Эта операция может использоваться как для переназначения жесткостных характеристик ранее введенным специальным конечным элементам, так и для смены типа конечного элемента одновременно с заданием жесткостных характеристик. Характеристики задаются в диалоговом окне Жесткости специальных КЭ (рис. 5), которое появляется после нажатия кнопки вызова операции. На первой странице этого окна находятся маркеры с наименованием специальных элементов. После активизации необходимого маркера появляется закладка второй страницы, имя которой совпадает с наименованием элемента (рис. 6). Набор элементов управления и полей ввода второй страницы аналогичен соответствующим страницам назначения характеристик специальных элементов при их вводе.

При назначении жесткостных характеристик элементов анализируется количество узлов. Так например, если выбрать на схеме несколько двухузловых элементов, назависимо от их типа, а затем выполнить для них описываемую операцию с характеристиками упругой связи (КЭ 55), то все выбранные элементы получат тип 55 с соответствующими параметрами жесткости. Очевидно, что характеристики связей конечной жесткости и тип 51 в результате выполнения этой операции будут присвоены только одноузловым элементам.

Дальнейшие действия по назначению характеристик элементам обычные для комплекса SCAD и включают выбор на схеме необходимых элементов и нажате кнопки ОК в инструментальной панели Назначение (или клавиши Enter).

Обратите внимание, что в отличие от операции ввода связей конечной жесткости, где допускалось одновременное задание характеристик различным по направлению действия связям, здесь выполняется задание жесткости только связям одного направления. В связи с этим перед выполнением операции необходимо оставить на экране только те элементы, у которых меняются характеристики (это можно сделать используя режим фрагментации цветовой шкалы типов жесткости).

Ввод и назначение параметров абсолютно твердых тел

Жесткие тела. Постановка задачи

Жесткое тело – это конечный элемент специального типа, обладающее набором узлов, расстояния между которыми для любой пары узлов остаются неизменными. Жесткое тело можно представить наглядно в виде «паука», состоящего из одного ведущего узла (master node) и множества ведомых узлов (slave nodes) – рис. 1. Различают полное связывание и частичное.

При частичном связывании выражение (1) охватывает только те степени свободы, которые удовлетворяют соотношениям кинематики абсолютно твердого тела. Остальные перемещения и углы поворота каждого из ведомых узлов остаются независимыми и не выражаются через перемещения ведущего узла. Такое связывание можно представить как связывание в два этапа. На первом этапе производится полное связывание перемещений и углов поворота всех ведомых узлов с перемещениями и углами поворота ведущего узла, а затем выполняется отсоединение независимых степеней свободы ведомых узлов.

Поскольку в уравнения (1) входит угол поворота master-узла, то при использовании жестких тел необходимо использовать только те типы расчетных схем, степени свободы которых содержат углы поворота (тип  , тип  и тип 5). Если все другие узлы не должны содержать неизвестных в виде углов поворота, то этого следует добиваться выбором соответствующих типов конечных элементов.

Для удобства задания вида связывания вводятся коды связывания. Для пространственной расчетной модели коды связывания имеют вид .

Каждый из этих параметров принимает значение f или b. Значение b (blocked) означает, что связывание перемещений, отвечающих данной степени свободы (в глобальной системе координат), производится, а значение f (free) – не производится. Возможны следующие варианты наборы узловых перемещений в коде связывания:

пространственная расчетная модель – коды связывания ;

плоская рама – коды связывания ;

изгибаемая пластина, расположенная в плоскости XOY – коды связывания .

Операции по вводу и корректировке твердых тел вызываются из раздела Специальные элементы  инструментальной панели Узлы и элементы. После нажатия кнопки Твердые тела  появляется меню, включающее набор операций с абсолютно твердыми телами (рис. 7). К ним относятся:

Ввод твердого тела;

Изменение вида твердого тела;

Перенос мастер-узла;

Удаление твердого тела;

Добавление ведомых узлов;

Исключение ведомых узлов;

Перенос ведомых узлов.

Рис. 7. Меню управления вводом и корректировкой твердых тел

Ввод твердого тела

После выбора этого пункта меню появляется диалоговое окно Характеристики твердого тела (рис. 8), в информационном поле которого описан порядок действий, которые необходимо выполнить для ввода элемента. На первом шаге следует выбрать на расчетной схеме узлы, входящие в твердое тело и нажать кнопку Применить. Выбранные узлы будут отмечены на схеме красными цветом и в информационном поле появится информация о действиях, которые выполняются на втором шаге ввода.

На втором шаге (рис. 9) следует выполнить следующие действия:

·        в группе Характеристики твердого тела с помощью маркеров выбрать вид твердого тела (двумерное, не допускающее деформации в своей плоскости, двумерное, не допускающее изгиб, трехмерное)

·        уточнить коды связывания (направления степеней свободы) узлов жесткого тела (по умолчанию маркеры направлений активизируются в зависимости от выбранного вида твердого тела);

·        если это необходимо, ввести имя твердого тела;

·        в группе Назначение мастер-узла выбрать способ назначения (указание на схеме, произвольный узел, ближайший к геометрическому центру или выбор из списка);

·        назначить мастер-узел и нажать кнопку Применить в диалоговом окне.

После выполнения последнего действия твердое тело будет обозначено на схеме в виде «паука», у которого мастер-узел соединен с остальными узлами тела линиями, и диалоговое окно будет переведено в режим ввода нового твердого тела (первый шаг).

Необходимо пояснить разницу между двумя типами двумерного твердого тела:

·        тело, не допускающее деформации в своей плоскости (диск), может деформироваться в виде изгибания плоскости первоначального расположения его узлов, как это происходит в плоской диафрагме, устанавливаемой для предотвращения искажений поперечного сечения тонкостенного стержня;

·        тело, не допускающее изгиб (штамп), остается плоским, хотя эта плоскость может смещаться и поворачиваться, а узлы такого тела перемещаться внутри такой плоскости.

Несколько замечаний относительно назначения мастер-узла. Если мастер-узел выбирается указанием на схеме, то необходимо курсором отметить на схеме один из узлов (это может быть как один из ранее выбранных узлов твердого тела, так и другой узел). При активизации маркера Произвольный узел в качестве мастер-узла выбирается узел твердого тела с наименьшим номером. Ближайший к геометрическому центру узел твердого тела будет назначен масте-узлом при выборе одноименного маркера и, наконец, мастер узел может быть назначен путем указания номера узла в списке узлов твердого тела.

Изменение вида твердого тела

Эта операция позволяет изменить вид введенного ранее твердого тела. Для выполнения операции следует выполнить следующие действия:

·        выбрать в меню операции Твердые тела указанную выше операцию;

·        в появившемся диалоговом окне Характеристики твердого тела (рис. 10) с помощью маркеров назначить вид твердого тела и коды связывания (направления степеней свободы) узлов жесткого тела;

·        нажать кнопку ОК.

Добавление ведомых узлов

Для добавления ведомых узлов необходимо выбрать в меню одноименную операцию, указанием на мастер-узел выбрать элемент, к которому добавляются узлы, отметить узлы расчетной схемы, которые войдут в твердое тело, и нажать кнопку ОК в инструментальной панели.

Исключение ведомых узлов

Для исключения ведомых узлов необходимо выбрать в меню одноименную операцию, указанием на мастер-узел выбрать элемент, из которого исключаются узлы, отметить исключаемые узлы и нажать кнопку ОК в инструментальной панели. Удаление ведомого узла только исключает узел из твердого тела, но не удаляет его из схемы.

Перенос ведомых узлов

Для переноса ведомых узлов необходимо выбрать в меню одноименную операцию, указать курсором узел, который переносится (маркируется красным цветом) и узел, в который он переносится (маркируется синим цветом) и нажать кнопку ОК в инструментальной панели.

Примеры применения абсолютно твердого тела

Рассмотрим несколько характерных примеров использования абсолютно твердых тел. На рис. 11 а показана конструкция мощной плиты, подкрепленной широкими ребрами. Для такой конструкции использование традиционных приемов моделирования с помощью жестких вставок приведет к тому, что изгиб плиты в пролете между подкрепляющими ребрами будет заметно большим, чем в том случае, когда учитывается сокращение пролета плиты за счет ширины ребра.

Использование в модели абсолютно жестких тел (они на рисунке условно ограничены пунктирной линией) позволяет прикрепить стержень с необходимым эксцентриситетом к узлам на срединной поверхности пластины, а также обеспечить неискажаемость сечения в месте соединения с пластиной, что исключает ее изгиб на этом участке. Заметим, что в данном случае уместно использовать пространственное жесткое тело, несмотря на то что все его узлы лежат в одной плоскости.

Неискажаемость контура поперечного сечения в схемах, составленных из тонкостенных стержней, часто реализуется за счет устройства диафрагм или аналогичных им элементов жесткости. Если такие элементы не нагружены и их напряженное состояние расчетчика не интересует, то диафрагмы можно моделировать абсолютно жесткими телами не допускающими деформаций в своей плоскости.

На рис. 12 показан пример сопряжения пластин разной толщины с выравниванием одной из поверхностей. Здесь целесообразно использовать абсолютно жесткое тело, содержащее расположенные вдоль линии изменения толщины пары узлов, примыкающие к  различным срединным поверхностям пластин.

Рис. 12. Моделирование несоосного скачка толщин

Заметим, что если просто воспользоваться объединение перемещений верхних и нижних узлов, то не удается правильно описать особенности работы такого сопряжения, поскольку тангенциальное перемещение верхнего узла определяется не только тангенциальным перемещением нижнего узла, но и его углом поворота.

Этот же прием можно применить и в том случае, когда ступень между верхней и нижней пластинами образуется балкой (рис. 13). Здесь используются трехузловые жесткие тела, к среднему узлу которых прикрепляется стержневой элемент, моделирующий балку.

Рис. 13. Моделирование ступени

Характерным примером использования абсолютно жестких тел является моделирование области сопряжения монолитных колонны и перекрытия (рис. 14). Габариты жесткого тела в этом случае соответствуют размерам сечения колонны. Заметим, что в препроцессоре ФОРУМ предусмотрен автоматический ввод жестких тел в область сопряжения.

Рис. 14. Моделирование области сопряжения плиты и колонны

Округление координат узлов

Эта операция полезна при импорте геометрии расчетной схемы из графических редакторов и архитектурных систем и позволяет округлить  координаты узлов импортиру­емой модели. Для выполнения операции следует активизировать операцию в инструмен­тальной панели, указать в появившемся диалоговом окне (рис. 15) точность округления координат узлов и выйти из окна нажатием кнопки ОК. После этих действий значения координаты узлов будут округлены до указанной точности.