У ПК ЛІРА реалізована можливість роботи із суперелементною розрахунковою моделлю. На кількість невідомих не накладається ніяких обмежень. Вибір розбивки схеми на суперелементи або тільки на скінченні елементи залишається за користувачем. При використанні суперелементної моделі конструкції основна розрахункова схема розчленовується на декілька розрахункових схем, які називаються схемами суперелементів. Вузли стикування суперелементів із основною схемою називаються супервузлами.
Теоретично суперелементи у свою чергу можна розчленовувати на підсхеми (суперелементи 2-го рангу), розвиваючи цей процес та організуючи своєрідну багаторангову рекурсію. У ПК ЛІРА-САПР реалізований лише один ранг суперелементів. Розробники вважають, що у переважній більшості випадків цього достатньо для опису розрахункової схеми дуже високої розмірності [1,2].
На прикладі створення розрахункової схеми поперечної діафрагми будівлі, зображеної на рис. 1 розглянемо процедуру побудови та використання суперелементів у розрахунках складних конструкцій.
- поперечна діафрагма являє собою п'ятиповерхову раму. Висота поверху Нэт = 3,5 м, прольоти l1 = 4 м, l2 = 4 м , l3 = 4 м; l4 = 6 м;
- у перших двох прольотах рама на повну висоту заповнена панелями товщиною d = 20 см, граючими роль жорсткого диска;
- стійки колон мають прямокутний переріз 40х40 см;
- переріз ригелів тавровий B = 20 см, H = 50 см, b1 = 50 см, h1 = 25 см;
- розрахунок проводиться на два завантаження: перше – власна вага, друге – довготривале навантаження.
Потрібно виконати статичний розрахунок та отримати компоненти напружено-деформованого стану.
Розглянемо два можливі способи створення суперелементної розрахункової схеми
I спосіб
1. Створюємо *.LIR файли суперелементів.
1.1. Задаємо геометрію суперелементу.
1.2. Формуємо списки жорсткостей та призначаємо ці жорсткістні характеристики скінченним елементам суперелементу.
1.3. Задаємо навантаження у відповідних завантаженнях.
2. Призначаємо супервузли (рекомендується, щоб кількість супервузлів для окремого суперелементу не перевищувала 3000).
3. Призначаємо базисні супервузли - вузли стикування суперелемента з основною схемою, що визначають орієнтацію суперелемента у глобальній системі координат основної схеми. Базисні супервузли не можуть лежати на одній прямій (рис.2).
4. Створюємо *.LIR файли основної схеми (слід зазначити, що використання для суперелементних задач знижених ознак схеми заборонено. Тому для основної схеми необхідно встановити значення параметру «Ознака схеми» рівним 5):
4.1. Задаємо геометрію основної схеми.
4.2. Формуємо списку жорсткостей та призначаємо ці жорсткістні характеристики елементам основної розрахункової схеми.
4.3. Встановлюємо суперелементи в основну схему: 1) вибираємо поточний тип суперелементу; 2) вказуємо трійку вузлів стикування (рис. 3).
4.4. Задаємо навантаження у відповідних завантаженнях. Вузлові та місцеві навантаження на суперелемент задаються у його системі координат за загальними правилами. Якщо при установці суперелемента на основну схему змінити орієнтацію суперелементу, відповідно зміниться орієнтація супернавантаження. При заданні навантажень для суперелемента розрахункові сполучення зусиль (РСЗ) не задаються. Окремі завантаження для суперелемента будуть інтерпретуватися як окремі супернавантаження в основній схемі і можуть бути використані в різних варіантах при заданні навантажень на основну розрахункову схему.
4.5. Призначаємо супернавантаження у відповідних завантаженнях (в якості навантаження на суперелемент в основній схемі (супернавантажень) виступають попередньо задані завантаження цього типу суперелементу). Для цього, у діалоговому вікні «Супернавантаження» необхідно вибрати номер завантаження для поточного типу суперелемента та коефіцієнт, з яким повинно враховуватися це супернавантаження (рис. 4).
4.6. При необхідності додаємо вузли до супервузлів (створює в основній схемі вузли, що збігаються по координатах з супервузлами приєднаного суперелементу) (рис. 5).
4.7. Призначаємо граничні умови у вузлах розрахункової схеми.
4.8. Розрахунок.
4.9. Перегляд та аналіз результатів розрахунку (рис. 6).
При роботі з розрахунковою схемою суперелементи зображені у згорнутому виді (трипроменева зірка зеленого кольору з центром у геометричному центрі суперелемента та променями, що розходяться до його базисних вузлів). Слід зазначити, що суперелемент можна видалити тільки у згорнутому виді.
При необхідності контролю геометрії суперелементів на основній схемі в режимі формування розрахункової схеми або при аналізі в режимі візуалізації результатів розрахунку можна відобразити суперелементи у розгорнутому виді (рис. 7).
II спосіб
Виконуємо стандартну послідовність завдання розрахункової схеми:
1. Задаємо геометрію схеми.
2. Формуємо списки жорсткостей та призначаємо ці жорсткістні характеристики елементам розрахункової схеми.
3. Задаємо навантаження у відповідних завантаженнях.
4. Призначаємо граничні умови у вузлах розрахункової схеми.
5. Перетворюємо фрагмент схеми у суперелемент (рис.8).
Перед перетворенням фрагменту схеми в суперелемент, у місцях примикання панелей необхідно виконати розшивку вузлів (роздвоєння вузлів на лініях стику стінових панелей). Далі, відмічаємо елементи панелі та перетворюємо фрагмент схеми у суперелемент (рис. 8). Базисні супервузли призначаються автоматично. Додаємо супервузли у місцях примикання панелей з іншими елементами схеми. Копіюємо суперелементи згідно зі схемою (рис. 3). За допомогою команди «Додати вузли до супервузлів» створюємо в основній схемі вузли, які збігаються за координатами з супервузлами приєднаного суперелементу.
6. Розрахунок.
7. Перегляд та аналіз результатів розрахунку.
Також під час роботи з суперелементними задачами потрібно знати деякі нюанси:
Про зберігання суперелементів
Перед додаванням суперелементів в основну схему необхідно попередньо зберегти цю основну схему в LIR-файл.
Файл даних суперелементу повинен знаходитися в одному каталозі з основною схемою або в будь-якому його дочірньому підкаталозі довільної вкладеності. Також можна перенести або скопіювати файл необхідного суперелемента вручну.
Для суперелементної задачі при перенесенні основної схеми до іншого каталогу або на інший логічний диск буде втрачено інформаційний зв'язок між збереженою основною схемою і суперелементами, що входять до неї. Тому для коректного перенесення суперелементної задачі в інший каталог або на інший логічний диск, необхідно перенести також файли вихідних даних всіх суперелементів, зберігаючи, при необхідності, колишню структуру вкладеності папок.
Про імена суперелементів
В іменах файлів суперелементів заборонені такі символи: точка, кома, двокрапка, точка з комою, круглі дужки, коса риска, решітка та пробіл. Крім того, перший символ імені не повинен бути цифрою.
Бажано також уникати ситуації, коли імена файлів суперелементів містять понад 8 символів (до точки) і співпадають у перших 6-ти символах з довгим ім'ям файлу основної схеми.
Це пов'язано з тим, що в деяких випадках відбувається накладання укорочених імен відповідних текстових файлів суперелементів та основної схеми.
Справа в тому, що укорочені імена файлів залежать не тільки від їх довгих імен, але і від послідовності створення цих файлів на диску.
Якщо все ж таки вказана ситуація сталася, але існує потреба залишити всі імена файлів без зміни, необхідно виконати наступне:
- створити на диску новий каталог;
- скопіювати (COPY) в нього першим *.LIR файл основної схеми;
- скопіювати потім у цей же каталог *.LIR файли суперелементів;
- видалити *.LIR файли основної схеми та суперелементів із вихідних каталогів, в яких вони знаходилися;
- перенести (MOVE) *.LIR файли основної схеми та суперелементів з нового каталогу до вихідних каталогів.
Висновок: на прикладі розрахункової схеми поперечної діафрагми будівлі показана технологія створення суперелементних задач. Описано переваги та недоліки підходу в комп'ютерному моделюванні складно організованих конструкцій з позиції користувача ПК ЛІРА-САПР.
Література
- 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.
Помилка в тексті? Виділіть її та натисніть Ctrl + Enter, щоб повідомити нам.
Коментарі