Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Лекция 4. Порядок расчета стержневых систем методом конечных элементов



 

Порядок расчета сооружений МКЭ можно разбить на три основные этапа: подготовительный, вычислительный и обработку результатов.

1. Подготовительный этап включает в себя. Изображение расчетной схемы рассматриваемого сооружения, разбиение расчетной схемы на отдельные элементы, нумерацию узлов и элементов, выбор общей системы осей координат. Затем составляются исходные матрицы: матрицы жесткости отдельных элементов в местной системе осей координат [r]j и матрицы направляющих косинусов [c]j , формируют вектор внешних нагрузок {P}, предварительно преобразовав вне узловую нагрузку к узловой.

2. Вычислительная часть расчета включает в себя. Вначале вычисляют матрицы жесткости

отдельных элементов в общей системе осей координат

[r]j = [c]j [r]j [c]j ,

затем, из блоков этих матриц формируют матрицу жесткости [r] для сооружения в целом.

По формуле

{Z} = [r]-1 {P}

вычисляют вектор перемещений узловых точек сооружения в общей системе осей координат.

Вектор узловых усилий для отдельных КЭ в общей системе осей координат

{S}j = [r]j {Z}j

и в местной системе осей координат

{S}j = [c]j {S}j .

Результирующие усилия в узлах отдельных КЭ в местной системе осей координат, с учетом преобразований вне узловой нагрузки

{S}j= {S}j + {S0}j .

3. Обработка результатов. Полученные усилия {S}jприкладывают к узлам отдельных элементов и по ним строят результирующие эпюры M, Q, N.

Пример.

Порядок расчета рамы МКЭ рассмотрим на конкретном небольшом примере. Заданная рама показана на рисунке слева

Заданная рама и основная система МКЭ

 

Основную систему МКЭ выбираем разбивая раму на три прямолинейных конечных элемента (КЭ). Нумеруем узлы и элементы.

В узле 3 элементы соединяются между собой жестко, с этим узлом связаны три неизвестных перемещения. В узле 2 элементы соединяются шарниром, здесь два неизвестных перемещения. В опорных узлах 1 и 2 все три перемещения равны нулю. Следовательно, рассматриваемая рама имеет пять неизвестных перемещений в МКЭ. Положительные направления перемещений и внешних нагрузок принимаем как показано на рисунке.

Общую систему осей координат располагаем таким образом, чтобы координаты всех узлов были положительными.

Распределенную по ригелю нагрузку приводим к узловой, используя для этого таблицы метода перемещений.

Преобразование вне узловой нагрузки к узловой

 

Составляем исходные матрицы. Вектор внешних нагрузок Р для сооружения в целом, в общей системе осей координат и векторы преобразований вне узловых нагрузок к узловым для КЭ в местных системах осей координат Si0 имеют вид



 

 

Матрицы жесткости для КЭ в местной системе осей координат составляются следующим образом. Матрица жесткости для первого элемента имеет размерность 3х3, т.к. три перемещения связанные с узлом 1 равны нулю, поэтому из матрицы для элемента с двумя жесткими узлами вычеркиваем три первых строки и три первых столбца. Для второго элемента матрица жесткости имеет размер 5х5. Для третьего 2х2. Локальная (местная) система осей координат связана с отдельным элементом, ось X направлена вдоль стержня от начального узла к конечному, а ось Y нормально к ней.

 

 

 

 

Матрицы направляющих косинусов, имеют ту же размерность, что и матрицы жесткости: для первого элемента 3х3, для второго 5х5, для третьего 2х2. Поворот элементов осуществляется против часовой стрелки, вокруг начального узла из горизонтального положения до положения как в конструкции. В нашем случае j1=900, j2=00, j3=1270. Матрицы направляющих косинусов записываются

   

 

 

Матрицы жесткости отдельных элементов в общей системе осей координат вычисляют по формуле

 

где - транспонированная матрица направляющих косинусов для i-того элемента.

После перемножения соответствующих матриц, получаем

 

 

 

Матрица жесткости сооружения в целом формируется из блоков матриц жесткости отдельных элементов следующим образом:

 

 

где - блок реакций, возникающих за счет упругих свойств первого элемента, в связях наложенных на третий узел, от единичных смещений этих же связей и т.д.



 

После обращения матрицы r по известным стандартным процедурам, вектор перемещений Z определяется по формуле

 

Векторы узловых усилий в стержнях в общей системе осей координат вычисляем по формуле

,

в результате вычислений имеем :

 

 

 

 

 

Усилия в узлах конечных элементов в местной системе осей координат, с учетом векторов преобразований нагрузок, определяются

,

 

в нашем случае, в результате вычислений имеем

 

 

 

 

 

 

Имея векторы усилий в местной системе осей координат, прикладываем их к соответствующим узлам отдельных элементов и строим эпюры внутренних усилий.

Эпюры внутренних усилий

 

Для выполнения статической проверки, покажем расчетную схему рамы с заданными нагрузками и опорными реакциями. Направления и величины опорных реакции определяем по эпюрам.

 

Условия статического равновесия записываются

21 + 0.38 sina - 35.5cosa = 0;

51.35 + 0.38 cosa + 35.5 sina -q · 4 = 0;

q · 4 · 5 - 51.35 · 7 - 38.6 - 35.5 = 0.

 

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!