5.2. Создание модели конструкции с элементами типа «канат»

Канат моделируется стержнем, имеющим, как правило, поперечное сечение в форме круга с диаметром, равным диаметру каната. Разбивать такие стержни на отдельные части не следует.

Поскольку, как уже говорилось выше, канаты в отличие от балочных или ферменных элементов могут воспринимать только растягивающую нагрузку, необходимо либо задавать предварительное натяжение, либо использовать канаты в таких конструктивных схемах, где работа на сжатие исключается.

На рис. 5.2 приведен пример расчетной схемы каната (гибкой нити), натянутого между опорами на разных уровнях. Канат натянут между точками А и В с провисом. На него действует внешняя распределенная нагрузка q(x) в вертикальном направлении (сила тяжести). Ордината произволь-

Рис. 5.2. Расчетная схема каната, натянутого между опорами на различных уровнях

ной точки каната М будет отличаться от ординаты соответствующей точки недеформированного стержня (отрезок АВ) на величину провиса а.

В качестве другого примера рассмотрим модель мачты, на которую крепятся антенны радиорелейной системы связи (рис. 5.3). Здесь необходимо определить силу натяжения канатов, обеспечивающих определенную величину смещения верхушки мачты при действии на антенны ветровой нагрузки.

Канатам этой модели необходимо задать предварительное натяжение. Поскольку в качестве исходных данных для расчета конструкции выступает значение силы натяжения, то предварительным натяжением каната (см. п. 8.2.2) будет служить именно величина силы. Для созданной расчетной модели может быть выполнен как статический, так и нелинейный расчет.

При проведении статического расчета перемещения узлов модели считаются малыми. Это означает, что смещение точек крепления канатов к верхушке мачты при расчете учитываться не будет, т. е. рассчитываемая модель сохранит форму, а значит, величины сил натяжения канатов тоже не изменятся.

С другой стороны, при выполнении нелинейного расчета будет учитываться деформация самой мачты, т. е. точки, в которых происходит крепление канатов к основной модели, в общем случае сместятся. Это приведет к тому, что реальные силы натяжения канатов будут отличаться от тех, которые были заданы предварительно.

Полученные результаты расчета напряженно-деформированного состояния модели и их соответствие реальности зависят от выбора типа

Рис. 5.3. Модель конструкции мачты с оттяжками из канатов

расчета. Более точные результаты обеспечит, скорее всего, нелинейный расчет. Погрешность, даваемая статическим расчетом, сильно зависит от величин перемещений узлов, но в большинстве случаев она будет находиться в допустимых пределах. После завершения статического и нелинейного расчетов можно просмотреть все результаты в соответствии с

Рис. 5.4. Диалоговое окно «Параметры вывода результатов»

правилами, изложенными в главе 3. Кроме того, для элементов типа «канат» дополнительно можно визуализировать результаты расчета величины провиса каната вследствие действия силы тяжести — эта величина определяется при проведении любого вида расчета, кроме расчета собственных частот и вынужденных колебаний.

Для просмотра величины провиса каната следует выбрать в меню «Результаты» пункт «Карта результатов...» и в открывшемся диалоговом окне «Параметры вывода результатов» (рис. 5.4) в выпадающем списке Выбор результатов указать Другое. После этого среди параметров стержней автоматически появится параметр Провис. Карта провиса канатов расчетной модели мачты показана на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Карта «провиса» канатов

Из приведенной карты видно, что концы канатов имеют нулевой провис, т. е. расстояние а от прямой АВ (см. рис. 5.2) равно нулю, а наибольший провис — отрицательный, поскольку положительное направление провиса совпадает с положительным направлением оси Z (сила тяжести действует в противоположном направлении).