Глава 3. Реализация программы
3.1 Тестовый пример
В качестве тестового примера была конструкция со следующими параметрами:
Ширина здания - 12 м;
Длина здания - 30 м;
Количество этажей – 6 шт.;
Высота этажа - 3 м;
Ширина колонны - 0.1 м;
Длина колонны - 0.1 м4
Количество колонн – 4 шт.;
Модуль упругости материала колонны - 2.7E+10 Н/кв.м;
Коэффициент Пуассона материала колонны - 0.3;
Плотность материала колонны - 2500 кг/куб.м;
Толщина плиты перекрытия - 0.1 м;
Модуль упругости материала плиты перекрытия - 2.7E+10 Н/кв.м;
Коэффициент Пуассона материала плиты перекрытия - 0.3;
Плотность материала плиты перекрытия - 2500 кг/куб.м;
Дополнительные массы на этаже - 200 кг;
(Все этажи однотипные).
При запуске программы первым будет открыто окно, сообщающее о необходимости ознакомиться с руководством пользователя. Если Вы уже ознакомлены с основами работы с программой, то нажмите "Отказаться", иначе нажмите "Ознакомиться". Автоматически будет открыто Руководство пользователя. После этого откроется главное окно программы.
Рис. 15 – Стартовое окно программы.
При открытии главной формы будет предложено выбрать директорию для сохранения результатов расчетов или файлов моделей.
Рис. 16 – Выбор директории для работы.
Далее можно по отдельности можно заполнять данные для каждого этажа. Но если хоть раз была использована опция «Файл» → «Сохранить форму», то можно просто отредактировать сохраненный файл (изменить сохраненные параметры здания на новые) и загрузить его в программу Файл» → «Открыть форму».
Рис. 17 – Загрузка файла с сохраненными данными.
Рис. 18 – Окончании загрузки данных.
Когда все параметры зданий заполнены или загружены, необходимо задать категорию грунта по сейсмическим свойствам, сейсмичность района и тип сооружения.
Чтобы появилась возможность запустить расчет, необходимо задать конфигурацию расчета: выбрать либо только модальный анализ, либо и модальный, и спектральный. Существует возможность сохранения текстовых файлов с моделями (файлы содержат команды на языке APDL для создания моделей конструкции и их расчета в программе ANSYS).
Рис. 19 – Выбор опций расчета.
При нажатии кнопки «Расчет» запускается непосредственно расчет конструкции.
При успешной передачи данных и их обработке в программе ANSYS на экран будет выведено сообщение «ANSYS ».
В случае отсутствия установленного комплекса ANSYS на компьютере или наличии других сбоев, будет выведено сообщение об ошибке, а расчет остановлен.
Рис. 20 – Запуск расчета.
Когда расчет окончен, будет сгенерирован и открыт сравнительный отчет полученных в результате расчета данных в Word.
Рис. 21 – Вывод отчета.
Таким образом, расчет конструкции размерами 30х12 м в 6 этажей по 3 м занимает примерно 5 минут (без учета времени на ввод данных) на ПЭВМ: 2,81 ГГц, 1Гб ОЗУ, ANSYS32 версии 12.0.
3.2 Анализ результатов
Расчет по формулам СНиП в программе дает следующие результаты:
№п/п Частота, Гц
1 0.1077
2 0.6875
3 1.9479
4 3.7644
5 5.6062
Для сравнения результатов (перемещения вдоль оси x) был проведен модальный анализ аналогичного стержня в программе ANSYS:
– первая форма собственных колебаний по расчетам ANSYS (рис. 22).
Рис. 22 – Первая форма собственных колебаний из ANSYS.
– вторая форма собственных колебаний по расчетам ANSYS (рис. 23).
Рис. 23 – Вторая форма собственных колебаний из ANSYS.
– третья форма собственных колебаний по расчетам ANSYS (рис. 24).
Рис. 24 – Третья форма собственных колебаний из ANSYS.
– четвертая форма собственных колебаний по расчетам ANSYS (рис. 25).
Рис. 25 – Четвертая форма собственных колебаний из ANSYS.
– пятая форма собственных колебаний по расчетам ANSYS (рис. 26).
Рис. 26 – Пятая форма собственных колебаний из ANSYS.
После модального анализа пространственной модели конструкции в ANSYS получаем следующие данные:
– перемещения
Перемещения пространственной конструкции вдоль большей оси, вдоль меньшей оси, а также кручение.
– интенсивность напряжений
Интенсивность напряжений определяется как наибольшая из абсолютных значений σ1 - σ2, σ2 - σ3 или σ3 - σ1:
Интенсивность напряжений связана с максимальным напряжением сдвига:
Файл модального анализа:
/SOLU
ANTYPE,modal ! типа анализа
MODOPT,SUBS,150 ! выбор метода анализа
SOLVE
finish
/SOLU
ANTYPE,modal
expass,on ! выбор вида анализа
mxpand,150,,,yes,0.005 ! определение количества мод для записи
SOLVE
Рис. 27 – Первые 3 формы собственных колебаний пространственной конструкции в ANSYS (перемещения).
Рис. 28 – Первые 3 формы собственных колебаний пространственной конструкции в ANSYS (интенсивность напряжений)
Рис. 29 – Следующие 3 формы собственных колебаний пространственной конструкции в ANSYS (перемещения).
Рис. 30 – Следующие 3 формы собственных колебаний пространственной конструкции в ANSYS (интенсивность напряжений).
Из-за пространственности конструкции в расчетах ANSYS на каждой форме колебаний появляются частоты, которые соответствуют собственным частотам колебаний перекрытий.
Рис. 31 – Первые 2 формы собственных колебаний перекрытия пространственной конструкции в ANSYS (перемещения и интенсивность напряжений).
Рис. 32 – Следующие 2 формы собственных колебаний перекрытия пространственной конструкции в ANSYS (перемещения и интенсивность напряжений).
В этом главное преимущество пространственной конструкции, т.к. в одномерной конструкции в виде стержня о подобных частот не может идти речи, а значит, полученные результаты не в полной мере описывают конструкцию.
Но для сравнения результатов расчетов конструкций возникает необходимость группировки частот по формам колебаний.
При сравнении значений частот из расчета по формулам СНиП и сгруппированных по формам значений частот из ANSYS получаем:
Первая форма – Разница между частотами 0.1077 и 0.1817 равна 40.73 %
Вторая форма – Разница между частотами 0.6875 и 0.6414 равна 7.19 %
Третья форма – Разница между частотами 1.9479 и 1.5203 равна 28.13 %
Четвертая форма – Разница между частотами 3.7644 и 3.5969 равна 4.66 %
Пятая форма – Разница между частотами 5.6062 и 5.9894 равна 6.40 %
Следующим элементом анализа является спектральный анализ конструкции, который может быть для четырех различных типов функций отклика: перемещений, скоростей, ускорений и сил
Файл спектрального анализа:
/SOLU
ANTYPE,spectr ! типа анализа
spopt,sprs,150,yes ! выбор типа анализа
sed,1,1,0 ! определение направления внешнего воздействия
svtype,2 ! тип возмущения в опорах: 0-скорости, 1-силы, 2-ускорения, 3-перемещения
freq,0.5,200 ! набор частот спектра возмущений
sv,,4.0,4.0 ! значение спектра в заданных частотах
SOLVE
finish
/SOLU
ANTYPE,spectr
srss,0.001,disp ! метод контроля суммарного отклика конструкции
SOLVE
Цель спектрального анализа:
формирование дополнительных динамических реакции в опорах за счет сейсмической нагрузки, которая необходима для расчета фундамента.
В данном примере сейсмическая нагрузка составляет примерно 1% от собственного веса конструкции.
анализ НДС в элементах конструкции за счет сейсмической нагрузки (рис. 33, 34).
Рис. 33 – Максимальные перемещения конструкции в ANSYS.
Рис. 34 – Максимальные напряжения конструкции в ANSYS.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения дипломного проекта была автоматизирована методики расчета строительных объектов в соответствии со СНИП II-7-81* [1] и методическими рекомендациями по строительству зданий в сейсмоопасных регионах на основе программного комплекса ANSYS, а также решены следующие задачи:.
изучены возможности современных пакетов МКЭ по проведению анализа на сейсмические воздействия;
выполнены расчеты строительных объектов в сейсмоопасных регионах с помощью формул СНиП II-7-81* [1] и комплекса ANSYS;
на их основе разработана информационную систему расчета строительных объектов в сейсмоопасных регионах на основании СНиП II-7-81* [1] и комплекса ANSYS.
В итоге был создан программный комплекс по расчету строительных объектов в сейсмоопасных регионах с учетом пространственности.
Данный комплекс позволяет уменьшить время расчетов, не сказываясь при этом на их качестве, а использование пространственной конструкции в качестве исходной модели для расчетов позволяет получать результаты, которые в большей мере соответствуют реальным конструкциям и характеру сейсмического воздействия на них.