| MAV.Structure - расчет конструкций методом конечных элементов |
|
Для работы с программой MAV.Structure необходимо владеть основами строительной механики и иметь навыки работы с компьютером. Также желательно, но не обязательно, иметь базовые знания по программированию, уметь составлять алгоритмы (не важно на каком языке), так как это позволит в полной мере воспользоваться возможностями комплекса. Комплекс лучше всего подходит для автоматизации расчетов по нормативным документам, выполнения научных исследований по строительной механике и для создания сложных алгоритмов вычислений, где пользователь может задействовать сразу несколько взаимосвязанных перерасчетов конструкций по МКЭ и может задавать сложные алгоритмы обработки информации перед расчетами и после расчетов (препроцессоры и постпроцессоры). Например можно создать алгоритм формирования расчетной схемы, зависящей от нескольких параметров и запрограммировать, например, автоматическую проверку выполнения условий СНиП. Затем с помощью созданных алгоритмов можно будет рассчитать в пакетном режиме сразу несколько конструкций, отличающихся только несколькими параметрами. Например, можно создать шаблон для определения грузоподъемности нескольких однотипных балочных путепроводов, а затем просто задавать всего несколько исходных параметров для каждого путепровода (длины пролетов, номера типов балок, число балок в поперечнике, высоты опор и т.д.), а расчет каждого путепровода будет выполняться уже автоматически по заданному алгоритму. Это позволит сэкономить много времени.
ВозможностиПрограмма MAV.Structure реализует метод конечных элементов (МКЭ) в форме метода перемещений для произвольных линейных и геометрически нелинейных пространственных стержневых и ните-стержневых систем. MAV.Structure создается главным образом для расчета мостов. Программа позволяет рассчитывать пространственные линейные и геометрически нелинейные стержневые и ните-стержневые системы. Имеется возможность построения, обработки и загружения линий и поверхностей влияния подвижной нагрузкой. Еще одной важной особенностью программы является то, что она имеет встроенную среду программирования, которая позволяет пользователю производить автоматизацию выполнения требований нормативных документов при подготовке исходных данных и другие вычисления. Это дает возможность при минимальных затратах труда вносить улучшения и изменения в систему, а перерасчет многочисленных коэффициентов, диктуемых нормами и другие вспомогательные вычисления будут производиться автоматически по алгоритму, заданному пользователем. На сегодняшний день вычислительные возможности программы ориентировочно составляют: 150 000 степеней свободы 25 000 узлов 200 000 элементов Виды расчетовСтатические расчеты а) по линейной теории б) по деформированной схеме в малых перемещениях (в квадратичном приближении) в) по деформированной схеме в больших перемещениях (без ограничения на величину перемещений) Расчеты на устойчивость - определение параметров и форм потери устойчивости а) Подбор критического параметра ко всей нагрузке б) Подбор критического параметра к временной нагрузке при неизменной постоянной г) "Энергетический постпроцессор", позволяющий разделить элементы на два класса - активные (подталкивающие систему к потере устойчивости) и пассивные (удерживающие систему в равновесии). На сегодняшний день такой постпроцессор является абсолютно новой функцией в расчетных комплексах. Расчеты на колебания - определение частот и форм свободных гармонических колебаний а) Расчет с учетом только узловых масс (более эффективный алгоритм, экономящий время расчета) б) Расчет с учетом как узловых, так и равномерно распределенных масс в) Расчет на колебания по деформированной схеме в малых и больших перемещениях Построение линий и поверхностей влияния а) Построение линий и поверхностей влияния усилий, перемещений и напряжений б) Построение так называемых "условных" линий и поверхностей влияния по деформированной схеме в малых и больших перемещениях в) Вычисление параметров положительных и отрицательных участков линий влияния (площадей, длин, максимальных ординат) г) Вычисление ординат линии влияния под осями тележек автомобильной нагрузки АК и НК-80 (СНиП 2.05.03-84*) в невыгодных положениях д) Загружение линий и поверхностей влияния произвольной системой сил Типы конечных элементовШарнирный стержень, работающий на растяжение- сжатие Гибкая нить с малой стрелкой провисания Односторонняя связь, работающая только на сжатие Односторонняя связь, работающая только на растяжение Изгибаемый стержень без учета сдвиговой жесткости Изгибаемый стержень с учетом сдвиговой жесткости Реакции для изгибаемых стержней получаются из решения дифференциального уравнения равновесия, учитывающего эффект продольно-поперечного изгиба и равномерно распределенную нагрузку по длине элемента. Это обеспечивает достаточную точность даже при грубой разбивке элементов. Реакции для нитей получаются из кубического уравнения равновесия нити, которое решается по точным формулам с дополнительным уточнением при помощи итераций по методу Ньютона, что обеспечивает достаточную точность даже при грубой разбивке нитей.
Виды внешних воздействийУзловые сосредоточенные силы и моменты. Все силы, приложенные к системе, задаются в общей системе координат, и не меняют свою ориентацию вместе с деформациями системы Равномерно распределенные по длине элементов нагрузки. Распределенные нагрузки также задаются в общей системе координат, и не меняют свою ориентацию вместе с деформациями системы Узловые и равномерно распределенные по длине элементов массы Линейные и угловые геометрические невязки, возникающие при заводке концов элементов в узлы расчетной схемы. Задание невязок позволяет, в частности, моделировать температурные деформации и регулирование усилий в системе Ввод данных, препроцессор и постпроцессорИсходные данные для расчета задаются на входном языке. Благодаря встроенным в него элементам программирования можно автоматизировать подготовку исходных данных, выполнение требований нормативных документов, обработку результатов анализа конструкции, а также осуществлять вспомогательные расчеты, например, экономические. Такая особенность дает возможность вносить улучшения и изменения в конструкцию при минимальных затратах труда на перерасчет коэффициентов, диктуемых нормативными документами и на другие вспомогательные вычисления. После выполнения расчета конструкции его результаты (усилия, перемещения и т.д.) становятся доступны для использования в дальнейших вычислениях. Благодаря этому можно реализовать алгоритм оптимизации системы, например автоматический подбор сечений элементов. Встроенный в MAV.Structure интерпретатор анализирует текст исходных данных. При этом он выполняет следующие действия: - выполняет промежуточные вычисления - заполняет массивы исходных данных для расчета - устанавливает параметры расчета - проверяет синтаксис исходных данных. В случае обнаружения ошибки интерпретатор прекращает работу, выдает сообщение об ошибке и выделяет местоположение, обнаруженной синтаксической ошибки в тексте исходных данных - дает команды расчетному модулю на выполнение определенного вида расчета конструкции по МКЭ. Перед каждым расчетом выполняется логическая проверка исходных данных. В случае обнаружения ошибки, выдается соответствующее предупреждение и расчет прекращается - после выполнения расчетов по МКЭ управление возвращается интерпретатору, и он продолжает анализировать текст исходных данных Входящие в интерпретатор MAV.Structure средства (команды, операторы, функции и т.д.) позволяют рассматривать его как специфический язык программирования, который может тесно взаимодействовать с ядром комплекса, позволяющим рассчитывать конструкции по МКЭ. - Организовывать циклы - Организовывать логические разветвления - Объявлять собственные (пользовательские) функции - Объявлять одномерные и многомерные массивы - Работать со строками и строковыми переменными - Подключать и использовать данные из текстовых файлов - Использовать в промежуточных вычислениях результаты расчета конструкций по МКЭ Представление результатовРезультатами расчетов являются перемещения узлов и усилия в элементах а также формы собственных колебаний и потери устойчивости. - Перемещений узлов - Усилий по концам элементов (моменты, нормальные и поперечные силы) - Ординат линий влияния - Параметров участков линий влияния (длины, площади, положения, коэффициента положения вершины a и максимальной ординаты каждого участка линии влияния) - Результатов загружения линий влияния Доступна подробная информация о характеристиках и напряженно-деформированного состояния каждого конечного элемента: - Усилия в промежуточных сечениях элементов - Перемещения промежуточных сечений элемента в глобальной системе координат - Изгибная, сдвиговая и осевая жесткости - Текущая касательная жесткость нити - Длины заготовки стержня, длины заводки в узла расчетной схемы и текущей длины - Относительная стрелка прогиба - Тип конечного элемента Получаемую графическую информацию о системе можно записывать в видеоклип (формат AVI), который затем доступен для просмотра, например, при помощи универсального проигрывателя Windows АлгоритмыПри выполнении нелинейных расчетов используется метод Ньютона-Рафсона с возможностью ограничения максимальных перемещений для усиления сходимости. На каждом шаге итераций строятся касательные матрицы жесткости, вычисляются перемещения и невязки в условиях равновесия узлов. Таким образом, перемещения системы уточняются с каждой итерацией. Расчет завершается при величинах невязок, не превышающих заданной точности расчета. Решение обобщенной проблемы собственных значений при выполнении динамических расчетов и расчетов на устойчивость, осуществляется методом итераций подпространства. При построении линий влияния используется кинематический метод. Строятся линии влияния перемещений узлов и каждого из внутренних силовых факторов в концевых сечениях стержней и нитей, а также линейных комбинаций факторов, например, линий влияния напряжений при внецентренном действии нормальной силы. Для уменьшения требований к объему оперативной памяти и ускорения решения системы уравнений матрица жесткости обрабатывается и хранится в "небоскребном" виде. При этом производится предварительное профильное упорядочение по обратному алгоритму Катхилла-Макки (Reverse Cuthill-McKee) с выбором узлов входа по алгоритму Гиббса-Пула-Стокмейера (Gibbs-Poole-Stockmeyer). Если рассчитываемая система состоит из нескольких несвязанных подсистем, то программа автоматически выбирает оптимальные узлы входа для каждой из подсистем. Таким образом, скорость расчета оптимальна и не зависит от заданного пользователем порядка нумерации узлов. Решение системы уравнений выполняется методом Гаусса по алгоритму, реализующему симметричное треугольное разложение ленточных матриц. Расчет выполняется с одной правой частью, а каждое последующее загружение в случае линейной задачи требует лишь выполнения прямого и обратного хода алгоритма. Программа может быть использована для практических расчетов конструкций и для учебных целей. Сайт программы, подробная информация
|
RSS
