В ПК ЛИРА реализована возможность работы с суперэлементной расчетной моделью. На количество неизвестных не налагается никаких ограничений. Выбор разбивки схемы на суперэлементы или только на конечные элементы остается за пользователем. При использовании суперэлементной модели конструкции, основная расчетная схема расчленяется на несколько расчетных схем, которые называются схемами суперэлементов. Узлы стыковки суперэлементов с основной схемой называются суперузлами.
Теоретически суперэлементы в свою очередь можно расчленять на подсхемы (суперэлементы 2-го ранга), развивая этот процесс и организуя своеобразную многоранговую рекурсию. В ПК ЛИРА-САПР реализован только один ранг суперэлементов. Разработчики полагают, что в подавляющем большинстве случаев этого достаточно для описания расчетной схемы очень высокой размерности [1,2].
На примере создания расчетной схемы поперечной диафрагмы здания изображенной на рис. 1 рассмотрим процедуру построения и использования суперэлементов в расчетах сложных конструкций.
- поперечная диафрагма представляет собой пятиэтажную раму. Высота этажа Нэт = 3,5 м, пролеты l1 = 4 м, l2 = 4 м , l3 = 4 м; l4 = 6 м;
- в двух первых пролетах рама на полную высоту заполнена панелями толщиной d = 20 см, играющими роль жесткого диска;
- стойки колонн имеют прямоугольное сечение 40х40 см;
- сечение ригелей тавровое B = 20 см, H = 50 см, b1 = 50 см, h1 = 25 см;
- расчет производится на два загружения: первое – собственный вес, второе – длительно действующая нагрузка.
Требуется выполнить статический расчет и получить компоненты напряженно-деформированного состояния.
Рассмотрим два возможных способа создания суперэлементной расчетной схемы.
I способ
1.Создаем *.LIR файлы суперэлементов.
1.1. Задаем геометрию суперэлемента.
1.2. Формируем списка жесткостей и назначаем эти жесткостные характеристики конечным элементам суперэлемента.
1.3. Задаем нагрузки в соответствующих загружениях.
2. Назначаем суперузлы (рекомендуется, чтобы количество суперузлов для отдельного суперэлемента не превышало 3000).
3. Назначаем базисные суперузлы - узлы стыковки суперэлемента с основной схемой, определяющие ориентацию суперэлемента в глобальной системе координат основной схемы. Базисные суперузлы не могут лежать на одной прямой (рис.2).
2. Создаем *.LIR файлы основной схемы (следует отметить, что использование для суперэлементных задач пониженных признаков схемы запрещено. Поэтому для основной схемы необходимо установить значение параметра "Признак схемы" равным 5):
2.1. Задаем геометрию основной схемы.
2.2. Формируем списка жесткостей и назначаем эти жесткостные характеристики элементам основной расчетной схемы.
2.3. Устанавливаем суперэлементы в основную схему: 1)выбираем текущий тип суперэлемента; 2)указываем тройку узлов стыковки (рис. 3).
2.4. Задаем нагрузки в соответствующих загружениях. Узловые и местные нагрузки на суперэлемент задаются в его системе координат по общим правилам. Если при установке суперэлемента на основную схему изменить ориентацию суперэлемента, соответственно изменится ориентация супернагрузки. При задании нагрузок для суперэлемента расчетные сочетания усилий (РСУ) не задаются. Отдельные загружения для суперэлемента будут интерпретироваться как отдельные супернагрузки в основной схеме и могут быть использованы в различных вариантах при задании нагрузок на основную расчетную схему.
2.5. Назначаем супернагрузку в соответствующих загружениях (в качестве нагрузок на суперэлемент в основной схеме (супернагрузок) выступают предварительно заданные загружения этого типа суперэлемента). Для этого, в диалоговом окне «Супернагрузка» необходимо выбрать номер загружения для текущего типа суперэлемента и коэффициент, с которым должна учитываться эта супернагрузка (рис. 4).
2.6. При необходимости, добавляем узлы к суперузлам (создает в основной схеме узлы, совпадающие по координатам с суперузлами присоединенного суперэлемента) (рис. 5)
2.7. Назначаем граничные условий в узлах расчетной схемы
2.8. Расчет
2.9. Просмотр и анализ результатов расчета (рис. 5)
При работе с расчетной схемой суперэлементы изображены в свернутом виде (трёхлучевая звезда зеленого цвета с центром в геометрическом центре суперэлемента и лучами, расходящимися к его базисным узлам). Следует отметить, что суперэлемент можно удалить только в свернутом виде.
При необходимости контроля геометрии суперэлементов на основной схеме в режиме формирования расчетной схемы или при анализе в режиме визуализации результатов расчета возможно отобразить суперэлементы в развернутом виде (рис. 6).
II способ
Выполняем стандартную последовательность задания расчетной схемы:
1. Задаем геометрию схемы.
2. Формируем списка жесткостей и назначаем эти жесткостные характеристики элементам расчетной схемы.
3. Задаем нагрузки в соответствующих загружениях.
4. Назначаем граничные условия в узлах расчетной схемы.
5. Преобразовываем фрагмент схемы в суперэлемент (рис.7).
Перед преобразованием фрагмента схемы в суперэлемент, в местах примыкания панелей необходимо выполнить расшивку узлов (раздвоение узлов на линиях стыка стеновых панелей). Далее, отмечаем элементы панели и преобразовываем фрагмент схемы в суперэлемент (рис. 7). Базисные суперузлы назначаются автоматически. Добавляем суперузлы в местах примыкания панелей с другими элементами схемы. Копируем суперэлементы согласно схеме (рис. 3). При помощи команды «Добавить узлы к суперузлам» создаем в основной схеме узлы, совпадающие по координатам с суперузлами присоединенного суперэлемента.
6. Расчет
7. Просмотр и анализ результатов расчета.
Также при работе с суперэлементными задачами нужно знать некоторые нюансы:
О хранении суперэлементов
Перед добавлением суперэлементов в основную схему необходимо предварительно сохранить эту основную схему в LIR-файл.
Файл данных суперэлемента должен находиться в одном каталоге с основной схемой или в любом его дочернем подкаталоге произвольной вложенности. Также можно перенести или скопировать файл требуемого суперэлемента вручную.
Для суперэлементной задачи при переносе основной схемы в другой каталог или на другой логический диск будет утеряна информационная связь между сохраненной основной схемой и входящими в нее суперэлементами. Поэтому для корректного переноса суперэлементной задачи в другой каталог или на другой логический диск, необходимо перенесите также файлы исходных данных всех суперэлементов, сохраняя, при необходимости, прежнюю структуру вложенности папок.
Об именах суперэлементов
В именах файлов суперэлементов запрещены следующие символы: точка, запятая, двоеточие, точка с запятой, круглые скобки, косая черта, решетка и пробел. Кроме того, первый символ имени не должен быть цифрой.
Желательно также избегать ситуации, когда имена файлов суперэлементов содержат более 8-ми символов (до точки) и совпадают в первых 6-ти символах с длинным же именем файла основной схемы.
Это связано с тем, что в некоторых случаях происходит наложение укороченных имен соответствующих текстовых файлов суперэлементов и основной схемы.
Дело в том, что укороченные имена файлов зависят не только от их длинных имен, но и от последовательности создания этих файлов на диске.
Если все же указанная ситуация произошла, но существует потребность оставить все имена файлов без изменения, необходимо выполнить следующее:
- создать на диске новый каталог;
- скопировать (COPY) в него первым *.LIR файл основной схемы;
- скопировать затем в этот же каталог *.LIR файлы суперэлементов;
- удалить *.LIR файлы основной схемы и суперэлементов из исходных каталогов, в которых они находились;
- перенести (MOVE) *.LIR файлы основной схемы и суперэлементов из нового каталога в исходные каталоги.
Вывод: на примере расчетной схемы поперечной диафрагмы здания показана технология создания суперэлементных задач. Описаны преимущества и недостатки подхода в компьютерном моделировании сложно организованных конструкций с позиции пользователя ПК ЛИРА-САПР.
Литература
- Городецкий А. С. Возможности применения суперэлементов при решении различных задач строительной механики/ Александр Сергеевич. Городецкий // Строительная механика и расчет сооружений. – 2015 – № 4. – С. 51-56.
- ПК ЛИРА, версия 9. Программный комплекс для расчета и проектирования конструкций : cправочно-теоретическое пособие / [под. ред. А.С.Городецкого]. – К.-М.: «Факт», 2003. – 464 с.
Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить нам.
Комментарии