Методические указания к курсовой работе по курсу "Прикладные пакеты прочностного анализа" по направлению подготовки



Скачать 223.47 Kb.
Дата07.05.2016
Размер223.47 Kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

Кафедра САПР

Прикладные пакеты прочностного анализа

Методические указания к курсовой работе

по курсу “Прикладные пакеты прочностного анализа” ПО НАПРАВЛЕНИЮ ПОДГОТОВКИ

230100 - “ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА ”

(ПРОФИЛЬ « СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ»)


Составитель: к.т.н., доц. Аликов А. Ю.

Владикавказ 2014

УДК

Рецензент: к.т.н., проф. Хатагов А.Ч.



К.т.н.,доц. Аликов Алан Юрьевич.

Прикладные пакеты прочностного анализа : методическое пособие, [электронный ресурс]. – Владикавказ: СКГМИ(ГТУ), 2013. – 157с.

Методическое пособие предназначено для приобретения навыков работы с CAD/CAE пакетами прочностного анализа в процессе выполнения цикла лабораторных заданий по темам «Статический расчет плоской рамы», «Расчет пространственной фермы», «Расчет стержнево-пластинчатой модели моста» и другие. Рекомендовано для студентов направления подготовки 230100 - « Информатика и вычислительная техника»(профиля «Системы автоматизированного проектирования»).

Подготовлено кафедрой «Систем автоматизированного проектирования» в авторской редакции.

Допущено редакционно-издательским советом Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета ).

Задание к курсовой работе

(САПР, прикладные программы прочностного анализа)

Спроектировать и рассчитать модель моста заданного типа с максимальной несущей способностью М, длинной L, с учетом комбинаций загружений (сейсмической, ветровой и снеговой нагрузок).

Пояснительная записка состоит из: задания, краткого описания области применения заданного типа мостов, теории расчета, применяемого ПО для расчета и графической части.

Графическая часть курсовой работы должна содержать основные виды модели моста, напряженно-деформированные схемы, эпюры усилий в стержнях, изополя напряжений и перемещений. Также, расчетная часть должна быть представлена в электронном виде.

Таблица №1

Задание к курсовой работе



варианта

Тип моста

М, т

L, м

1 группа












Арочный мост

120

30



Вантовый мост

110

35



Арочный мост

130

40



Вантовый мост

140

30



Арочный мост

180

50



Вантовый мост

200

40



Арочный мост

190

45



Вантовый мост

170

50



Арочный мост

160

20



Висячий мост

150

50



Автомобильный мост

195

80



Висячий мост

185

60



Автомобильный мост

175

70



Висячий мост

165

40



Автомобильный мост

155

90



Висячий мост

145

30



Автомобильный мост

135

100



Висячий мост

125

90

2 группа












Балочный мост

20

100



Висячий мост

30

110



Вантовый мост

25

100



Вантовый мост

35

110



Вантовый мост

40

120



Железнодорожный мост

50

200



Висячий мост

45

150



Железнодорожный мост

55

150



Железнодорожный мост

60

180



Автомобильный мост

70

200



Автомобильный мост

65

150



Железнодорожный мост

75

100



Железнодорожный мост

80

120



Автомобильный мост

90

130



Автомобильный мост

100

170



Автомобильный мост

85

190



Висячий мост

95

180



Балочный мост

10

150


Содержание

  1. Задание к курсовой работе;

  2. Введение;

  3. Общие сведения о мостовых конструкциях. Виды мостов;

  4. Программные продукты расчетов моделируемых конструкций;

  5. Выбор и построение модели железнодорожного моста;

  6. Расчет основной несущей функции по заданному нагружению;

  7. Заключение;

  8. Список использованной литературы.


Введение.

Данная работа заключается в создании, проектировании и расчете мостовой конструкции.

Жизненный цикл мостового сооружения состоит из трех основных стадий: проектирование -> строительство -> эксплуатация. Наверное, нет необходимости доказывать, что мост как объект проектирования представляет собой систему высокой сложности. Для нее не существует заранее заданного решения, как и четкого рецепта его получения. Ошибки в самых начальных позициях затем уже практически не исправить. Неприемлем и умозрительный подход, так как проектировщик должен дать гарантию эффективности проекта. Затраты труда и времени на проектные работы очень велики, поэтому любые рациональные методы их выполнения принесут огромную пользу. Естественно, развитие систем автоматизированного проектирования (САПР) вносит существенные коррективы. Они облегчают работу проектировщику.

Вообще существует мостовые сооружения, надфундаментная часть которых может быть возведена целиком из металла. В основном это арочные и рамные мосты некоторых типов, а также мосты с металлическими опорами. Традиционно к металлическим относят все капитальные мосты на железобетонных или каменных опорах с металлическими пролетными строениями.

Таким образом, творческий метод содержит в себе значительный критический заряд. По любому вопросу студент должен становиться на позицию ученого, исследователя: научиться анализировать достоинства и недостатки рассматриваемого решения, искать и находить пути улучшения его характеристик.

К числу первостепенных задач при проектировании пролетных строений моста относится выбор конструкционных материалов. Как правило, это железобетон, металл и сталежелезо – бетон, причем конкретное предпочтение всегда должно быть обоснованным.

В мостостроении применяют лишь относительно малую часть металлических материалов, а именно – сплавы железа с углеродом и легирующими добавками, называемые строительными сталями.

Стальные пролетные строения имеют различные статические системы и разнообразные конструктивные формы.

Подобные конструкции имеют длительный срок службы (до 100 лет и более). Их несущую способность можно сравнительно просто повысить за счет усиления элементов.

Но если говорить в общем о долговечности и прочности то, основная задача эксплуатации мостов – обеспечение удобного и безопасного по ним движения, для чего необходимы повседневный уход и наблюдение за их состоянием и своевременное исправление возникающих повреждений и дефектов.

Искусственные сооружения подвержены различным воздействиям, постепенно снижающим их прочность и эксплуатационную надежность. К ним прежде всего относятся переменные во времени температура и влажность воздуха, атмосферные осадки, воздействие речной воды и льда, а также другие природные факторы, интенсивность воздействия которых в большой степени зависит от географического места расположения сооружения. В этом отношении в наиболее тяжелых условиях находятся мосты в северных районных с суровым климатом, а также в районах, подверженных землетрясениям.

Нагрузки, которые воспринимают сооружения от проходящего транспорта, также весьма разнообразны по своим характеристикам и видам воздействия. Отдельные машины могут занимать по длине и ширине моста различное положение, двигаться с разной скоростью, иметь различные весовые и габаритные характеристики. Кроме того, со временем вес транспортных средств, скорость и интенсивность их движения по дороге возрастают, создавая более тяжелый режим работы искусственных сооружений.

Следовательно нужно тщательно просчитать и предусмотреть все возможные неблагоприятные возможные случаи аварийный повреждений. Именно об этом и будет идти речь в моей работе!

Общие сведения о мостовых конструкциях. Виды мостов.

Примитивные мосты, представлявшие собой перекинутое через ручей бревно, возникли в глубокой древности.

Позже в качестве материала начали использовать камень. Первые подобные мосты стали строить в эпоху рабовладельческого общества. Первоначально из камня делали только опоры моста, но потом и вся его конструкция стала каменной. Больших успехов в каменном мостостроении добились древние римляне, применявшие сводчатые конструкции в качестве опор и использовавшие цемент, секрет которого был утрачен в Средние века, но потом открыт заново. Мосты (точнее, акведуки) использовались для обеспечения городов водой.

В Средние века рост городов и бурное развитие торговли вызвало необходимость в большом количестве прочных мостов. Развитие инженерной мысли позволило строить мосты с более широкими пролётами, пологими сводами и менее широкими опорами. Самые крупные мосты того времени достигают в пролёте более 70 метров. У славян вместо камня используется дерево. Крупнейшие мосты современности, в том числе, высочайшие в мире Виадук Мийо и мост Акаси-Кайкё (длина главного пролёта 1991 м), относятся к вантовым и подвесным. Подвесные пролётные строения позволяют перекрывать наибольшие расстояния.



    1. Типы мостов

Мосты бывают разных типов. Их подразделяют по:

  1. Области применения:

  • Железнодорожные

  • Автомобильные

  • Метромосты

  • Пешеходные

  • Комбинированные

  • Водные путепроводы

  1. Конструкции:

  • Балочные

  • Распорные

  • Комбинированные

3. Материалам:

  • деревянные

  • железобетонные

  • стальные

  • сталежелезобетонные

По области применения:

Автомобильный мост служит для передвижения автотранспорта по нему.

Метромост - мост, по которому проходит линия метро. Различают особые типы метромостов, это: Совещенный метромост и крытый метромост.

Пешеходный мост возводят при пересечении пешеходного пути с естественными препятствиями (реками, оврагами и др.), а также с транспортными путями — городскими улицами, проездами, железными и автомобильными дорогами с интенсивным движением.

Комбинированный мост – это мост, соединяющий в себе несколько типов мостов из выше перечисленных, например, автомобильно-железнодорожный.

Водные путепроводы - мосты для кораблей с низкой ватерлинией (линия соприкосновения спокойной поверхности воды с корпусом плавающего судна).

По конструкции: Балочные мосты

Основным несущим элементом балочного моста являются балки или фермы. Они работают на изгиб и передают нагрузку опорам, установленным на основании моста. Балки и фермы собираются в более крупные детали, называемые пролётами. Пролёты бывают разрезными и не разрезными, а также консольными. Разрезные пролёты каждый опираются на две опоры по краям, а не разрезные на три и более. Консольная схема предполагает вынос концов пролёта за опоры, с последующим соединением их с другими пролётами. В зависимости от назначения моста, главные балки могут иметь сплошное сечение или сквозное. 
Основные материалы для возведения балочных мостов: сталь и различные сплавы, железобетон, раньше использовалось дерево.

Арочные мосты

В арочных мостах основную нагрузку несут на себе арки или, как их ещё называют своды. Фактически, арочный мост — это одна, или несколько арок, соединённых в одно целое полотном моста. Мостовое полотно может находиться над аркой, или быть подвешенным под ней. Так же были построены арочно-консольные мосты, состоящие из двух полуарок, соединённых поверху, имеющие форму буквы Т. 
Отличительной особенностью конструкции арочного моста является преобразование горизонтально направленных сил в вертикально направленные. Поэтому элементы таких мостов работают преимущественно на сжатие. У одноарочных мостов вся нагрузка приходится на опоры по краям арки, а у многоарочных распределяется между опорами каждой из них. 
Делают арочные мосты из стали, чугуна, железобетона или, как в древности, складывают из отдельных камней и блоков.

Висячие мосты

Висячие мосты, другое их название - подвесные, устанавливают там, где не возможно или не целесообразно устанавливать мосты с промежуточными опорами. Несущие элементы таких мостов — пилоны и, соединяющие их тросы. Пилоны устанавливаются на противоположных берегах или склонах, а между ними натягиваются основные тросы, которые продлеваются до самой земли и там закрепляются. К ним крепятся вертикальные тросы, цепи или балки, поддерживающие полотно моста. Вследствие того, что несущие элементы висячих мостов работают на растяжение и изгиб, жёсткость таких конструкций не велика. Поэтому, для укрепления полотна моста, дополнительно могут использоваться балки и фермы, распределяющие нагрузку и повышающие жёсткость. 
Сталь и железобетон являются основными материалами, используемыми при строительстве висячих мостов.

  • Различия между типами висячих мостов



Висячий мост



Вантовый мост, классический дизайн



Вантовый мост, дизайн в стиле арфы.

Вантовые мосты



Вантовые мосты — это разновидность висячих мостов. Отличие заключается в том, что тросы (ванты) соединяют полотно моста непосредственно с пилонами или с одним, центральным пилоном, а не с горизонтальными тросами
Подобная конструкция делает мост более жестким и устойчивым по сравнению с классическими висячими мостами. 
Используемые материалы те же, что при возведении висячих мостов.

Понтонные, или наплавные мосты



Понтонные мосты — это мосты, собранные на плавучих опорах - понтонах. Они не имеют жёсткой связи с берегом и цельного жёсткого каркаса. Такие мосты, как правило, состоят из отдельных секций, скреплённых между собой подвижным соединением. 
Наплавные мосты — это те же понтонные, но без опор. Плавучими являются сами пролёты моста. Используются понтонные и наплавные мосты при необходимости устройства временных переправ, однако, есть примеры функционирования подобных мостов и на постоянной основе. Возможность буксировки отдельных секций по воде и по суше облегчает и ускоряет процесс сборки такого моста, а также демонтаж и перенос в другое место. 
Недостатком понтонных мостов можно назвать невозможность использования их в зимний период, когда вода скована льдом, или во время ледохода, а так же во время сильного волнения. Подобные переправы затрудняют судоходство и не могут нести серьёзную нагрузку.

Моим вариантом, является модель железнодорожного моста.



Железнодорожный мост служит для перевода Железнодорожного пути через какое-либо препятствие (водотоки, овраги и др.). Железнодорожные мосты подвержены интенсивным динамическим воздействиям; к их прочности и устойчивости предъявляются повышенные требования, обеспечивающие безопасное и бесперебойное движение по железным дорогам с учётом перспективного возрастания подвижных нагрузок.

Наиболее распространенный материал для строительства железнодорожных мостов – сталь, что неудивительно, поскольку такие колоссальные нагрузки способен выдержать лишь прочный металл. Обычно они представляют собой пролетные сварные строения, отдельные детали которых соединены особо прочными болтами. Другой вариант моста – стальные балки, а проезжая часть выполнена из железобетонной плиты. Встречаются также арочные железобетонные железнодорожные мосты.




Мосты с ездой: а — поверху, б — понизу; в — посередине

Программные продукты расчетов моделируемых конструкций.

По первому признаку все программы можно разделить на универсальные и объектно – ориентированные. Универсальные программы предназначены для расчета широкого класса конструкций, не зависимо от материала, статических схем, вида нагрузок и воздействий. Объектно – ориентированные программы решают задачи расчета конструкций определенного типа.

По назначению программы классифицируются в зависимости от решаемых расчетно – конструкторских задач (расчет опор, пролетных строений, железобетонных конструкций и т. п.). При помощи программ можно выполнять обычные расчетные процедуры. В них может быть предусмотрена также возможность решения конструкторских задач. Возможно формирование пакетов таких программ, решающих комплексные расчетно – конструкторские задачи, в том числе с включением в них элементов информационного обеспечения и графики.

Существует целый ряд универсальных программных комплексов, основанных на использовании методов конечных элементов. Этот численный метод механики деформируемого твердого тела в последние десятилетия стал чуть ли не единственным, применяемым в расчетах мостовых конструкций. Причина столь высокой его популярности обусловлена наличием компьютерных программ, обладающих высокой степенью автоматизации трудоемких операций по составлению исходных данных и решению больших систем алгебраических уравнений, удобной формой выдачи результата.

Одним из наиболее распространенных в мире программных продуктов для численной реализации МКЭ на персональных компьютерах – комплекс COSMOS/M разработки американской фирмы Structural Research and Analysis Corp. Он позволяет выполнить линейные и нелинейные, статические и динамические расчеты одно - , двух – и трехмерных систем. Структура программы типична для пакетов подобного класса и назначения. Она включает: командный и геометрический препроцессоры со средствами автоматической генерации сетки; набор процессорных модулей, выполняющих формирование и решение систем уравнений; графический постпроцессор, позволяющий визуализировать результаты расчета. В комплекс входит обширная библиотека конечных элементов: балки, элементы стержневых ферм, рам, пластины, оболочки, объемные тела, некоторые специальные элементы.

Аналогично построены и используются другие зарубежные программные комплексы, такие как ANSYS, STARDINE, GT STRUDL, LUSAS, MIDAS Civil, PLAXIS. SAP200 и др. Но заметим, что успешно пользоваться этими мощными системами может только хорошо подготовленный пользователь.

Можно упомянуть также группу универсальных программ, более приближенных к пользователю и задачам расчета мостов: они могут применятся для несложного статического расчета пролетных строений или элементов опор. Сюда относятся, в частности, программы BEZROS, RAMA, RAMP, STATIC, STATNEL и др. Так, в программе статического расчета стержневых конструкций BEZROS расчет производится по МКЭ при плоской расчетной схеме. Предусмотрено задание разнообразных нагрузок, эксцентриситетов присоединения стержней к узлам, односторонних связей, начальных перемещений узлов, температурных воздействий. Возможно задание податливости опорных стержней, что обеспечивает адекватный расчет безростверковых опор, «целого» моста.

Tower 6 - программный КЭ расчетный комплекс для моделирования работы строительных конструкций из железобетона, стали и дерева. Tower 6 имеет развитый графический интерфейс позволяющий ускорить процесс построения расчетной схемы с помощью встроенных автоматизированных функций.

Базовые возможности программы:



  • Анализ работы надземных строительных конструкций по первой и второй группе предельных состояний;

  • Расчет устойчивости конструкции (определение критических сил и критических длин);

  • Генерация сейсмического воздействия в соответствии с различными стандартами - JUS, EC8, SNIP и т.д.;

  • Автоматическая генерация сетки конечных элементов (КЭ);

  • Автоматическое определение масс во всех узлах элементов конструкции;

  • Анализ работы конструкции на всех стадиях возведения здания (сборные и композитыне конструкции);

  • Моделирование сборных плит перекрытий ортотропными плоскими пластинами;

  • Моделирование колонн и балок переменного сечения ;

  • Моделирование эксцентричных соединений балок, колонн (многослойных плит, колонн с резким изменением сечения и т.п.);

  • Анализ работы преднапряженных и вантовых конструкций (учет потери сил преднапряжения и т.п.);

  • Расчет фундамента на податливом основании;

  • Назначение нагрузок любого характера и в различных направлениях ;

  • Автоматическое создание комбинаций нагружения - собственного веса конструкций, снеговой нагрузки, давления воды и грунта, ветровой нагрузки и т.д.;

  • Моделирование температурных воздействий, смещения опор и частей конструкций;

  • Автоматизированный подбор сечений ж.б. элементов конструкции в соответствии с JUS, EUROCODE, SNIP, ACI, DIN, BS, SIA и т.д.;

  • Автоматизированный подбор сечений стальных элементов в соответствии с JUS, EUROCODE, SIA; 

  • Автоматизированный подбор сечения деревянных элементов по JUS, EUROCODE.

  • Возможность создания высококачественных отчетов с использованием текстовых и графических блоков

SolidWorks — программный комплекс САПР для автоматизации работ промышленного предприятия на этапах конструкторской и технологической подготовки производства. Обеспечивает разработку изделий любой степени сложности и назначения.

Программа SolidWorks позволяет решать следующие задачи:



  • Конструкторская подготовка производства (КПП).

  • Технологическая подготовка производства (ТПП).

  • Управление данными и процессами.

  • Autodesk Inventor — 3D САПР для создания и изучения поведения цифровых прототипов изделий и деталей, а также для создания конструкторской документации (чертежей, спецификаций).

  • Производитель — компания Autodesk. Используется в основном в машиностроении, однако возможно применение и в других отраслях. В комплект входит несколько продуктов: AutoCAD, Inventor Suite, Inventor Routed Systems Suite (проектирование кабельных и трубопроводных систем, в том числе для разводки сложных участков трубопроводов, электрических кабелей и проводов), Inventor Simulation Suite (средства моделирования движения и анализа нагрузок, которые упрощают изучение поведения изделия в реальных условиях ещё на стадии проектирования).

Для расчета своей конструкции я использовала пакет программы:

APM Civil Engineering — CAD/CAE система автоматизированного проектирования строительных объектов гражданского и промышленного назначения. Эта система в полном объеме учитывает требования государственных стандартов и строительных норм и правил, относящиеся как к оформлению конструкторской документации, так и к расчетным алгоритмам.

APM Civil Engineering обладает широкими функциональными возможностями для создания моделей конструкций, выполнения необходимых расчетов и визуализации полученных результатов. Использование этих возможностей позволит сократить сроки проектирования и снизить материалоемкость строительного объекта, а также уменьшить стоимость проектных работ и строительства в целом.

Имеющиеся в системе APM Civil Engineering расчетные и графические инструменты позволяют:


  • проектировать металлические конструкции любых типов при различных видах нагружения и закрепления с возможностью автоматического подбора поперечных сечений (проверка несущей способности по СНиП) и генерацией чертежей типовых узлов металлоконструкций

  • выполнять весь комплекс необходимых расчетов железобетонных конструкций с автоматическим подбором параметров арматуры по предельным состояниям первой и второй групп в соответствии с СП

  • проектировать деревянные конструкции, включая подбор металлических зубчатых пластин и нагелей  в местах соединения брусьев, а также получать схемы распиловки на все элементы конструкции  

  • определять параметры болтовых и сварных соединений

  • создавать конструкторскую документацию

  • использовать при проектировании поставляемые базы данных стандартных деталей и элементов строительных конструкций, материалов и сечений, а также создавать свои собственные базы под конкретные задачи

  • создавать базы данных проектов, включающие конструкторские документы, расчетные модели, чертежи и т.д.



Заключение

Из выше представленных карт можно сделать вывод, что конструкция моста достаточно устойчива и её можно было бы реализовать в действительности. Даже при замене сечений на менее прочные конструкция все равно будет устойчивой при загружении.

Максимальное перемещение моста очень маленькое , для масштабов конструкции спроектированного моста. Коэффициент запаса моста позволяет увеличить перемещение еще и не нарушить прочность. По государственным стандартам этот коэффициент должен быть не меньше 2. То есть конструкция моста удовлетворяет государственным стандартам.

Данная работа для меня очень интересной. Работу я постаралась выполнить с минимальным перемещением и для любой формы моста.



8 Список использованной литературы:

  1. Проектирование мостов – С.Р.Владимирский. Спб 2006 г. 320 стр.

  2. Проектирование мостов и труб. Металлические мосты. – Г.И. Богданов, С.Р. Владимирский, Ю.Г. Козьмин, В.В. Кондратов Москва 2005 г.

  3. Ресурсы интернета.






База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница