Инструкция по работе с программой SCAD на этапе 3

Этап 3. Загружение расчетной схемы МКЭ

Загружением в программе SCAD называют систему одновременно действующих нагрузок. Одна и та же стержневая система может быть рассчитана от нескольких вариантов загружений. Поэтому предусмотрена их нумерация.

Программа SCAD позволяет сразу выполнить расчет от нескольких вариантов загружений и от любых их комбинаций. В соответствии с видом нагрузок, которые встречаются в учебных работах, в учебном пособии рассмотрено: задание сосредоточенных сил и моментов, действующих в узлах

расчетной схемы и в любой точке по длине элемента типа 2, и равномерно распределенной нагрузки, приложенной по длине элемента типа 2.

Процедура задания этого вида нагрузок рассмотрена на конкретных примерах, которые приведены в разделе 2 пособия. Здесь рассмотрим только некоторые общие вопросы.

3.1.Задание узловой нагрузки

Прежде всего, отметим, что узловая нагрузка задается в общей системе осей координат.

Для плоской стержневой системы, расчетная схема которой находится в плоскости XOZ, узловая нагрузка представляется сосредоточенными силами в направлении осей X и Z и моментом, действующим вокруг оси Y (Рис.1.10, а).

На рис.1.10,а показаны положительные направления этих узловых усилий.

3.2. Задание нагрузки на элемент

Нагрузка на сам элемент может задаваться как в общей (рис.1.10, б), так и в местной (рис.1.10, в) системах осей координат. При этом надо быть внимательным, так как одна и та же нагрузка будет относиться к разным осям координат.

В качестве примера на рис.1.10,б, в изображен один и тот же вертикальный элемент.

Но на рис.1.10,б нагрузка отнесена к общей системе координат. Поэтому горизонтальная составляющая P_x соотносятся с осью X общей системы координат, а вертикальная P_z – с осью Z. Момент действует относительно оси Y. Все указанные составляющие положительны.

На рис.1.10,в нагрузка отнесена к осям местной системы координат: горизонтальная составляющая P_z1 является проекцией на ось Z1; вертикальная - на ось X1; момент задается действующим вокруг оси Y1.

Как видим, чтобы момент был положительным, в местной системе координат он должен иметь противоположное направление по сравнению с его заданием в общей системе координат (см. рис.1.10,б).

Аналогичное правило знаков используется и при распределенной вдоль стержня нагрузке (равномерно распределенная на элементе 3 нагрузка (рис.1.11) положительна).

При задании сосредоточенной нагрузки на элемент указывается не только ее значение и знак, но и расстояние а1 от узла 1 до точки приложения сосредоточенной нагрузки.

В локальном окне задания нагрузки на стержневой элемент предусмотрено задание линейно изменяющейся распределенной нагрузки на любом участке стержня.

Учет вида нагрузки при дроблении плоской стержневой системы

На элементы типа 2

В результате расчета стержневой системы в таблице усилий по умолчанию выдаются усилия (в местной системе координат) в трех сечениях каждого элемента: в начале (сечение 1), в середине (сечение 2) и в конце (сечение 3).

Если сосредоточенная нагрузка была приложена именно в среднем сечении элемента, то этой информации, выданной в таблице, будет достаточно для построения эпюр усилий на элементе.

Если же сосредоточенная нагрузка приложена не в середине элемента, то все равно усилия будут выданы только для среднего сечения. В месте приложения сосредоточенной нагрузки, если там не был назначен узел, усилия не будут внесены в таблицу.

Аналогичная ситуация получается при задании на элементе равномерно распределенной нагрузки. Если она действует на всей длине элемента, то выданных по умолчанию ординат изгибающих моментов в начале, в середине и в конце элемента будет достаточно для достаточно точного изображения эпюры моментов на элементе. Если же равномерно распределенная нагрузка приложена только на какой-то части стержневого элемента типа 2, то указанных трех ординат будет недостаточно.

В программе SCAD предусмотрена возможность получения усилий в любых сечениях элемента. Для этого можно воспользоваться различными способами.

В окне Расчетная схема выбрать раздел Назначения и в меню выбрать кнопку «Назначение промежуточных сечений для расчета усилий». При ее нажатии открывается локальное окно, в котором необходимо указать нужное число сечений по длине стержня. При четном числе сечений на элементе r он разбивается на нечетное число равных участков. При нечетном числе сечений элемент разбивается на равных участков.

Если положение нагрузки таково, что деление на равные участки не дает желаемого результата, то целесообразно разделить элемент на более мелкие равные или неравные элементы, выбрав в разделе Узлы и элементы подраздел «Элементы» и в нем опцию «Разбивка стержня».

При нажатии последней кнопки откроется одноименное окно. Предположим, что в какой-то стержневой системе имелся не загруженный элемент типа 2 (на рис.1.11,а он имеет номер 1 и узлы 1 и 2).

Эпюра M на нем будет прямолинейной и для ее построения достаточно иметь две ординаты по концам элемента. Поэтому на подобных элементах стержневой системы можно с помощью только что рассмотренного первого способа назначить только два сечения по концам элемента (в узлах 1 и 2 местной системы координат).

Допустим, что в результате пересмотра нагрузки на стержневую систему рассматриваемый элемент оказывается загруженным поперечной сосредоточенной силой, приложенной на расстоянии 1 м от начала элемента (рис.1.11,б). Кроме того, к нему приложена равномерно распределенная нагрузка, расстояния до начала и конца которой от узла 1 также заданы (см. рис.1.11, б).

Для того, чтобы в результирующей таблице усилий получить усилия в месте приложения сосредоточенной силы и в сечениях в начале и конце участка с равномерно распределенной нагрузкой, сначала в окне «Разбивка стержня» выбираем функцию «На заданном расстоянии».

Введем значение расстояния сосредоточенной силы от узла 1 (1 м). Нажимаем в окне кнопку ОК и с помощью курсора и левой клавиши мышивыделяемстержень, на котором вводим дополнительный узел. После нажатия кнопки ОК на инструментальной панели (см. ее приведенное выше изображение) на стержне появляется изображение узла и его номер 3 (для этого на панели фильтры отображения должны быть нажаты кнопки и ). При этом элемент 1 разделится на два элемента с номерами 1 и 2 (для появления номеров на панели фильтры отображения должна быть нажата кнопка ).

Аналогично введем узел 4 на расстоянии 2 м от узла 3 (появится узел 4 и элементов станет три) и узел 5 на расстоянии 2 м от узла 4 (появится узел 5 и элементов станет 4, см. рис. 1.10,в).

Обратим внимание на то, что во вновь полученных элементах направление осей местной системы координат и номера узлов 1 и 2 останутся без изменения (см. рис.1.3, а).