7465

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.А. Кочетова, Д.А. Морозов

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС SCAD

Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ по дисциплине «САПР МК» для

обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Промышленное и гражданское строительство

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

УДК 721:004+624.014 (075.8)

Кочетова Е.А., Морозов Д.А. Программный комплекс SCAD. [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / Е.А. Кочетова, Д.А. Морозов ; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 15 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

Приведены рекомендации по изучению вопросов конечно-элементного моделирования стальных конструкций при выполнении лабораторных работ. Приведены основные особенности выполнения лабораторных работ по дисциплинам «САПР» и «САПР МК», изложены основные вопросы и положения создания конечно-элементных моделей различных стальных конструкций в программном комплексе SCAD, задания нагрузок на КЭмодель, определения и выбора усилий по результатам расчета.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для выполнения лабораторных работ по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Промышленное и гражданское строительство.

3

Введение.

При выполнении лабораторных работ по дисциплине САПР МК студент направления 08.03.01 Строительство, профиль Промышленное и гражданское строительство (ПГС) должен согласно индивидуальным заданиям выполнить расчет конечно-элементных моделей различный стальных конструкций с помощью программного комплекса SCAD.

Выполнив лабораторные работы, студент должен обладать следующими навыками: а) создавать конечно-элементную модель в среде ПК SCAD;

б) назначать жесткости элементам модели в среде ПК SCAD; в) назначать связи в узлах модели в среде ПК SCAD;

г) назначать шарниры элементам модели в среде ПК SCAD;

д) задавать нагрузки на узлы и элементы модели в среде ПК SCAD;

е) задавать условия для расчета РСН и РСУ модели в среде ПК SCAD;

ж) производить выбор усилий для расчета элементов по результатам расчета модели рамы в среде ПК SCAD;

з) определять опорные реакции модели в среде ПК SCAD;

и) выполнять подбор и проверки сечений элементов в программе-сателлите КРИСТАЛЛ.

Изучению курса систем автоматизированного проектирования и расчета металлических конструкций должно предшествовать изучение следующих дисциплин: металлические конструкции, сопротивление материалов; строительная механика; проходит одновременно с изучением курса металлических конструкций производственных зданий.

Настоящее учебно-методическое пособие предназначено для преподавателей кафедры строительных конструкций ННГАСУ в помощь при проведении лабораторных работ и студентов 3 и 4 курса (6-ой и 7-ой семестры) ННГАСУ в помощь при выполнении лабораторных работ по дисциплинам Системы автоматизированного проектирования и Системы автоматизированного проектирования и расчета металлических конструкций, на которые преподавателю в соответствии с действующим учебным планом выделено по 34 академических часа на каждую дисциплину на группу в 6-м семестре и 17 часов на группу

в7-м семестре.

Вучебно-методическом пособии изложены основные рекомендации для преподавателей и студентов при выполнении лабораторных работ по следующему плану:

1)Теоретические основы работы в среде ПК SCAD на базе метода конечных элементов.

2)Лабораторная работа №1 Балка.

3)Лабораторная работа №2 Построение эпюр M, N, Q.

4)Лабораторная работа №3 Определение опорных реакций.

5)Лабораторная работа №4 Рама (РСН).

6)Лабораторная работа №5 Ферма.

7)Лабораторная работа №6 Рама с фермой (РСУ и РСН).

8)Лабораторная работа №7 Арка.

9)Лабораторная работа №8 Рабочая площадка.

10)Лабораторная работа №9 Башня.

11)Лабораторная работа №10 Поперечная рама промышленного здания.

4

1. Теоретические основы работы в среде ПК SCAD на базе метода конечных элементов

При изучении теоретических основ работы в среде ПК SCAD на базе метода конечных элементов следует рассмотреть следующие вопросы:

∙этапы выполнения расчетных заданий с помощью программы SCAD;

∙задание имени файла, типа схемы, единиц измерения;

∙задание единиц измерения;

∙графическое представление расчетной схемы;

∙общая и местная системы осей координат;

∙местная система осей координат;

∙типы конечных элементов, используемых в программе SCAD;

∙назначение жесткостей элементов;

∙назначение опорных связей;

∙назначение шарниров в узлах элементов;

∙задание нагрузок;

∙результаты расчета.

Более подробно по выполнению лабораторных работ студенту рекомендуется ознакомиться в учебной литературе [9].

2. Лабораторная работа №1 Балка

Задача лабораторной работы №1 – выполнить статический расчёт однопролетной балки в ППП SCAD по заданию. Определить максимальный прогиб балки, максимальное значение изгибающего момента и поперечной силы.

Лабораторную работу №1 рекомендуется выполнять по плану: ∙ Выбор схемы Тип схемы – 2 тип – плоская рама.

Единицы измерения.

∙ Создание расчетной схемы Геометрия – узлы, элементы

Назначение жесткости 24 Назначение связей

∙Задание и сохранение нагрузки (F = 10 кН, q = 2,5 кН/м)

∙Результаты расчета

Врезультате статического расчёта получаем эпюры изгибающего момента и поперечной силы от нагрузки, а также перемещения в узлах.

∙Оформление отчета

5

Максимальные перемещения могут быть вне узлов схемы. Проверять через информацию об элементе (эпюры прогибов).

3. Лабораторная работа №2 Построение эпюр M, N, Q

Задача лабораторной работы №2 – выполнить статический расчёт однопролетной балки в ППП SCAD по заданию. Построить эпюры изгибающего момента, продольной и поперечной силы.

Лабораторную работу №2 рекомендуется выполнять по плану:

∙ Выбор схемы Тип схемы – 2 тип – плоская рама.

∙Единицы измерения.

∙Создание расчетной схемы

∙Геометрия – узлы, элементы

Q=3 ÊÍ/Ì

F=9 ÊÍ

6 Ì

4 Ì 4 Ì 4 Ì

o Назначение жесткости 24

oНазначение связей

∙Задание и сохранение нагрузки (F = 9 кН, q = 3 кН/м)

∙Результаты расчета

Врезультате статического расчёта получаем эпюры изгибающего момента и поперечной силы от нагрузки.

∙Оформление отчета

6

4. Лабораторная работа №3 Определение опорных реакций

Задача лабораторной работы №3 – выполнить статический расчёт однопролетной балки в ППП SCAD по заданию. Построить эпюры изгибающего момента, продольной и поперечной силы и определить опорные реакции в заданных точках.

Лабораторную работу №3 рекомендуется выполнять по плану:

∙ Выбор схемы Тип схемы – 2 тип – плоская рама. Единицы измерения.

∙ Создание расчетной схемы Геометрия – узлы, элементы

Назначение жесткости 24 Назначение связей Назначение шарниров

∙Задание и сохранение нагрузки (F1 = 8 кН, F2 = 6 кН, q = 3 кН/м)

∙Создание и сохранение группы всех элементов.

∙Создание и сохранение группы узлов, в которых требуется определить реак-

ции.

∙В специальных исходных данных – нагрузки от фрагмента схемы (добавить созданные группу узлов, группу элементов).

∙Линейный расчет. Расчет нагрузки от фрагмента схемы.

∙Результаты расчета

Врезультате статического расчёта получаем эпюры изгибающего момента и поперечной силы от нагрузки. Выполнить расчёт и определить опорные реакции в точках A, B, C и D.

Результаты реакций - постпроцессоры – анализ нагрузок от фрагмента схемы (брать с противоположным знаком и не учитывать нагрузки, заданные в данный узел).

7

Реакции в опорных узлах расчетной схемы, кН

По результатам выполнить проверку: сумма нагрузок и реакций на ось х и на ось z. Определяем сумму проекций на ось Х:

∑ 8 3 · 10 22 22 6 0;

определяем сумму проекций на ось Z:

∑ 4 2 6 0.

∙Оформление отчета

5.Лабораторная работа №4 Рама (РСН)

Задача лабораторной работы №4 – выполнить статический расчёт рамы в ППП

SCAD по заданию. Определить значения изгибающего момента, продольной или поперечной силы и определить перемещения в заданных точках от нагрузки или сочетания.

Лабораторную работу №4 рекомендуется выполнять по плану:

∙ Выбор схемы Тип схемы – 2 тип – плоская рама. Единицы измерения.

∙ Создание расчетной схемы Геометрия – узлы, элементы (в точках А и В, где необходимо определить ин-

формацию по заданию поставить узел)

8

Назначение жесткости 24 у ригелей и 27 у стоек. Назначение связей Назначение шарниров

∙Задание и сохранение нагрузки. Задаем три отдельные нагрузки. Каждую сохраняем отдельно под названиями: Загружение1, Загружение 2, Загружение 3.

∙В специальных исходных данных – сочетание нагрузок (добавить коэффициенты сочетания по заданию для каждой нагрузки).

Например:

- Загружение №1 ψ = 1,05 - Загружение №2 ψ = 0,9 - Загружение №3 ψ = 1,2

∙Линейный расчет. Расчет нагрузки сочетания нагрузок.

∙Результаты расчета.

Врезультате статического расчёта в графическом анализе определяем перемещения в точках А или В, усилия в точках или в опорах от комбинации или от отдельной нагрузки.

Например: Определить

1) вертикальное перемещение в т. А от загружения 2; 2) от какого загружения в левой заделке возникает максимальный момент и указать

его значение; 3) значение поперечной силы в т. В от комбинации загружений.

∙Оформление отчета

6. Лабораторная работа №5 Ферма

Задача лабораторной работы №5 – выполнить статический расчёт фермы в ППП

SCAD по заданию. Определить значения продольной силы от сочетания нагрузок по четырем вариантам схем. Выполнить проверку наиболее нагруженных элементов в про- грамме-сателлите КРИСТАЛЛ.

Лабораторную работу №5 рекомендуется выполнять по плану:

∙ Выбор схемы Тип схемы – 2 тип – плоская рама. Единицы измерения.

∙Создание расчетной схемы Геометрия – генерация прототипа фермы Варианты расчетных схем:

1 вариант - тип схемы 1, тип элемента 1;

2 вариант - тип схемы 2, тип элемента 1; 3 вариант - тип схемы 2, тип элемента 2, шарниры;

4 вариант - тип схемы 5, тип элемента 2, шарниры;

∙Назначение жесткости

∙Назначение связей

∙Назначение шарниров

∙Расчет нагрузок в узлы фермы.

∙Задание нагрузок.

∙Линейный расчет.

∙Задание сочетания нагрузок.

∙Выбор усилий.

9

∙Проверка заданных сечений в программе-сателлите КРИСТАЛЛ.

∙Оформление отчета.

7.Лабораторная работа №6 Рама с фермой (РСУ и РСН)

Задача лабораторной работы №6 – выполнить статический расчёт фермы в ППП

SCAD по заданию. Создать расчетную КЭ модель рамы в соответствии с исходными данными. Для указанных элементов определить сочетания усилий 1) Nmax, Mcor, 2) Mmax, Ncor, либо определить M, N, Q в сечении 1-1 для комбинации загружений с указанными коэффициентами сочетаний, либо определить перемещение точки 1 (или максимальное усилие в нижнем поясе) от загружения (или комбинации загружений с указанными коэффициентами сочетаний)

Лабораторную работу №6 рекомендуется выполнять по плану:

∙ Выбор схемы Тип схемы – 2 тип – плоская рама. Единицы измерения.

∙ Создание расчетной схемы Геометрия – узлы, элементы.

Назначение жесткости – см. исходные данные. Назначение связей – см. геометрическую схему.

Назначение шарниров – см. геометрическую схему и исходные данные.

∙Задание и сохранение нагрузки. Задаем три-четыре отдельные нагрузки согласно схемам загружения. Каждую сохраняем отдельно под своим названием.

∙В специальных исходных данных:

-если задание связано с РСН – сочетание нагрузок (добавить коэффициенты сочетания по заданию для каждой нагрузки)

Например:

-Загружение №1 ψ = 1,05

-Загружение №2 ψ = 0,9

-Загружение №3 ψ = 1,2;

-если задание связано с РСУ – сочетания усилий (задать условия: коэффициенты сочетаний, тип нагрузки, взаимоисключающие, сопутствующие).