labrabferma (А. Столярчук. Автоматизированное проектирование ферменных конструкций - Лабораторные работы), страница 8

Также следует обратить внимание на то, что существуют зоны, в которых почти все напряжения незначительны по сравнению с соседними участками. Прежде всего, это зона около середины левой границы области и в районе её правого нижнего угла. Это подсказывает нам, что в этих зонах силовые элементы не нужны, а в будущей ферменной конструкции её силовые элементы не должны заходить в эти зоны, кроме тех случаев, когда такие элементы придется ставить из других соображений, например, соображений жесткости.

Третья часть лабораторной работы №3.

Третья часть работы включает построение силовых линий для каждого из напряжений во всех расчетных случаях и для результатов оптимизации, а также совмещение и обработку полученных картин силовых линий.

Основой для построения силовых линий являются, прежде всего, графические картины напряженно–деформированного состояния неоптимизированной пластины. Картины распределения напряжений позволяет выявить основные направления передачи усилий в пластине и представить картину её деформированного состояния. Анализ картин изменений напряжений пластины и её деформированного состояния служит основой для формирования силовой схемы фермы.

Подсистема «Пластина» САПР «Ферма» предоставляет графическое отображение результатов расчета и оптимизации:

а) для каждого расчетного случая: напряжения _x, _y , _xy и _экв и максимальное напряжение _max из всех расчетных случаев и видов напряжений (цветное и точечное изображение); картины деформированного состояния; направление потоков основных усилий в элементах пластины;

б) значения толщины конечных элементов пластины, полученные после оптимизации.

Графическое представление потоков главных усилий, напряжений и деформаций неоптимизированной пластины вместе с распределения материала (толщины) оптимизированной пластины, позволяют выявить оптимальную форму силовой части теоретически оптимальной конструкции, характеризующейся относительно большими значениями напряжений, толщин и потоков главных усилий. Зоны, в которых напряжения и потоки главных усилий относительно малы, а толщины близки к минимальным, принято называть зонами вырождения. В этих зонах нецелесообразно располагать силовые элементы конструкции. В них можно делать отверстия для облегчения конструкции или совсем исключать их из силовой работы. Границы между зонами вырождения и силовой частью конструкции не всегда достаточно четкие. Поэтому при их назначении следует учитывать характер нагружения и тип закрепления.

1. Формирование силовых линий. При выполнении этого этапа следует помнить, что любая из силовых линий, нарисованных разработчиком на картине напряжённого состояния пластины, может послужить основой для формирования силового элемента (стержня) будущей фермы. Поэтому выполнение этого этапа – весьма ответственная операция.

Расположение и протяжённость силовых линий назначаются, прежде всего, на основе анализа картин изменения напряжений и потоков главных усилий. В зонах одноосных усилий целесообразно располагать стержневые элементы конструкции, работающие на растяжение - сжатие. При этом выгодно ориентировать их строго по направлению силового потока.

Принимая решения по выбору силовой схемы при нескольких случаях нагружения необходимо иметь в виду, что отклонение стержня в пределах 5^о от направления силового потока незначительно увеличивает вес конструкции. При увеличении угла отклонения на 10^о и более вес конструкции может существенно возрастать. В зонах двуосных потоков главных усилий, а также при резко отличающихся направлениях одноосных усилий в различных расчетных случаях нужно располагать двуосный набор силовых линий (стержней).

Построение линий передачи усилий в пластине следует производить с учетом характерных особенностей конкретного напряжения, сверяясь с направлениями потоков главных усилий. Понятно, что силовые линии, получаемые при обработке картин напряжений , должны располагаться преимущественно вдоль оси Х, а для напряжений - вдоль оси Y, хотя и не исключаются случаи наклонного расположения силовых элементов. В этом случае они будут воспринимать усилия как по оси Х, так по оси Y, не говоря уже о касательных напряжениях.

Линии же передачи усилий после обработки картин изменения касательных напряжений должны быть преимущественно наклонными. Вспомним, что для придания жесткости ферме, закрепленной, как показано на рис. 19б пособия [1], необходимо ввести диагональный элемент.

Эквивалентные напряжения имеют усредненный характер. Поэтому линии передачи усилий при обработке картин могут иметь любое направление. То же касается и обработки изменения толщины после оптимизации пластины.

Сами силовые линии следует проводить по зонам максимальных значений напряжений с учетом направлений уменьшения этих значений, опять-таки сверяясь с направлениями потоков главных усилий.

П

Рис.3.17

онятно, что эти рекомендации носят общий характер и в каждом отдельном случае приходится вносить коррективы. Для проведения силовых линий в САПР «Ферма» присутствует специальная панель инструментов, которая вызывается при просмотре графического представления результатов расчетов в подсистеме «Пластина» и которая расположена в нижней зоне графического отображения результатов расчета. Эта панель предоставляет возможность для каждого вида напряжений в каждом из 3-х расчётных случаев отдельно провести силовые линии прямо на графических картинах напряжений по зонам максимальных напряжений. Та же возможность существует и для графического отображения результатов оптимизации пластины. Результаты построения силовых линий по картинам напряжения для всех трёх случаев нагружения приведены на рис. 3.17. Там же построены силовые линии и на картине максимальных (из всех трёх расчетных случаев) напряжений. Дополнительные примеры формирования силовых линий по картинам распределения напряжений и толщин приведен на рис. 32-48 пособия [1].

2

. Обработка и совмещение (объединение) силовых линий. Совмещая наиболее характерные для каждого из напряжений силовые линии можно получить окончательную картину, на основе которой можно уже нарисовать 1-2 принципиальных силовых схем будущей фермы. При совпадении (или очень близкого расположения) силовых линий, полученных после обработки разных видов напряжений и изменения толщин, обычно выбирается одна линия.

В САПР «Ферма» имеется специальный инструмент объединения силовых линий отдельного вида напряжений, построенных для всех расчетных случаев, и позволяющий сохранить эту картину в отдельном файле. Кроме того, существует опция объединения всех силовых линий для всех видов напряжений и случаев нагружения в одну картину и также сохранить её в отдельном файле с расширением .pwl. Все эти возможности реализуются с помощью пиктограмм, расположенных в нижней зоне графического отображения результатов.

Отдельно необходимо обратить внимание на возможность математической обработки объединённых картин силовых линий с помощью специальных алгоритмов. Для этого, после получения объединенной картины каких-нибудь или всех напряжений, необходимо нажать пиктограмму «Перейти к расчетам», а затем пиктограмму «А» (алгоритмы). Несколько слов об алгоритмах. В них присутствует метод объединения линий по координатам (процент сведения указывается в специальном окне) и два метода сведения по углам (также с указанием степени сведения). Чем выше степень (процент) тем более «жестко» работает алгоритм, объединяя линии. Такой возможностью не следует увлекаться, так как это может привести к упрощению картины силовых линий, а, следовательно, к потере информации, необходимой для построения результирующей силовой схемы фермы. Для «выключения» того или иного алгоритма следует просто указать нулевой процент сведения в соответствующем окне. Порядок сведения (порядок использования алгоритмов) указывается в специальной панели. Особенность этой панели заключается в том, что необходимо указывать последовательность использования всех алгоритмов, даже в том случае, когда для одного из них или двух указан нулевой процент сведения (алгоритм «выключен»).

Как уже говорилось, пользоваться этими алгоритмами надо с известной долей осторожности, так как при назначении больших процентов совместимости можно потерять информацию за счет взаимного поглощения силовых линий. При назначении процентов сходимости в алгоритмах сведения силовых линий основной целью является получение такой картины силовых линий, в которой наибольшее число этих линий сходится в тех узлах, координаты которых жестко определены заданием. На нижнем левом рисунке 3.17 показан результат совмещения силовых линий верхних картин напряжений, а на нижнем правом (в качестве примера) – результат обработки левой нижней картинки специальными алгоритмами совмещения линий по углам и координатам. В данном случае был установлены 10% сходимости по координатам и углам. Примеры обработки силовых линий приведены также на рис. 49-53 пособия [1].

Впрочем, можно и не пользоваться этими алгоритмами на данном этапе или вообще. Но в таком случае, совмещая большое число силовых линий, построенных для разных напряжений для всех расчетных случаев, трудно будет получить более или менее четкую картину наиболее выгодных направлений передачи усилий для построения силовой схемы фермы. Можно реализовать и несколько другую последовательность действий, а именно: сначала совместить на одном экране все построенные силовые линии и только потом их обработать. Правда, в этом случае мы не будем иметь конкретную информацию о вкладе каждого из видов напряжений в формирование силовой схемы, но в дальнейшем изложении принята именно такая последовательность действий.

Картины обработанных алгоритмами картин объединенных силовых линий можно также сохранить в отдельном файле с расширением .pwl. Эти сохраненные картины силовых линий являются основой для построения результирующих силовых схем ферм. Количество их определяется самим проектировщиком, но следует иметь ввиду, что, в конечном итоге, должны быть сформированы 2-3 силовые схемы.

Н

Рис.3.18

а рис. 3.18 приведены результаты совмещения построенных силовых линий для напряжений и , а также результат совмещения линий по всем напряжениям на одной картине. Самая нижняя картина – результат обработки всех этих совмещённых на одной картине линий. В данном случае был установлены 5% сходимости по координатам и углам. Дополнительный пример совмещения силовых линий приведен на рис. 54 пособия [1].

После выполнения этих работ последнюю картину сохраняем с помощью специальной опции (пиктограмма «дискета» под изображением на рис. 3.17, 3.18) в файле с расширением .pwl (программа сама предложит это расширение).