Реализация метода суперэлементов в программном комплексе ЛИРА-САПР

В ПК ЛИРА реализована возможность работы с суперэлементной расчетной моделью. На количество неизвестных не налагается никаких ограничений. Выбор разбивки схемы на суперэлементы или только на конечные элементы остается за пользователем. При использовании суперэлементной модели конструкции, основная расчетная схема расчленяется на несколько расчетных схем, которые называются схемами суперэлементов. Узлы стыковки суперэлементов с основной схемой называются суперузлами.

Теоретически суперэлементы в свою очередь можно расчленять на подсхемы (суперэлементы 2-го ранга), развивая этот процесс и организуя своеобразную многоранговую рекурсию. В ПК ЛИРА-САПР реализован только один ранг суперэлементов. Разработчики полагают, что в подавляющем большинстве случаев этого достаточно для описания расчетной схемы очень высокой размерности [1,2].

На примере создания расчетной схемы поперечной диафрагмы здания изображенной на рис. 1 рассмотрим процедуру построения и использования суперэлементов в расчетах сложных конструкций.

  • поперечная диафрагма представляет собой пятиэтажную раму. Высота этажа Нэт = 3,5 м, пролеты l1 = 4 м, l2 = 4 м , l3 = 4 м; l4 = 6 м;
  • в двух первых пролетах рама на полную высоту заполнена панелями толщиной d = 20 см, играющими роль жесткого диска;
  • стойки колонн имеют прямоугольное сечение 40х40 см;
  • сечение ригелей тавровое B = 20 см, H = 50 см, b1 = 50 см, h1 = 25 см;
  • расчет производится на два загружения: первое – собственный вес, второе – длительно действующая нагрузка.

Требуется выполнить статический расчет и получить компоненты напряженно-деформированного состояния.

Рис. 1. Расчетная схема поперечной диафрагмы здания.png

Рис. 1. Расчетная схема поперечной диафрагмы здания

Рассмотрим два возможных способа создания суперэлементной расчетной схемы.

I способ

1.Создаем *.LIR файлы суперэлементов.

1.1. Задаем геометрию суперэлемента.

1.2. Формируем списка жесткостей и назначаем эти жесткостные характеристики конечным элементам суперэлемента.

1.3. Задаем нагрузки в соответствующих загружениях.

2. Назначаем суперузлы (рекомендуется, чтобы количество суперузлов для отдельного суперэлемента не превышало 3000).

3. Назначаем базисные суперузлы - узлы стыковки суперэлемента с основной схемой, определяющие ориентацию суперэлемента в глобальной системе координат основной схемы. Базисные суперузлы не могут лежать на одной прямой (рис.2).

Рис. 2. Создание суперэлементов назначение суперузлов и базисных суперузлов.jpg

Рис. 2. Создание суперэлементов, назначение суперузлов и базисных суперузлов

2. Создаем *.LIR файлы основной схемы (следует отметить, что использование для суперэлементных задач пониженных признаков схемы запрещено. Поэтому для основной схемы необходимо установить значение параметра "Признак схемы" равным 5):

2.1. Задаем геометрию основной схемы.

2.2. Формируем списка жесткостей и назначаем эти жесткостные характеристики элементам основной расчетной схемы.

2.3. Устанавливаем суперэлементы в основную схему: 1)выбираем текущий тип суперэлемента; 2)указываем тройку узлов стыковки (рис. 3).

Рис. 3. Устанавливка суперэлемента в основную схему.jpg

Рис. 3. Установка суперэлемента в основную схему

2.4. Задаем нагрузки в соответствующих загружениях. Узловые и местные нагрузки на суперэлемент задаются в его системе координат по общим правилам. Если при установке суперэлемента на основную схему изменить ориентацию суперэлемента, соответственно изменится ориентация супернагрузки. При задании нагрузок для суперэлемента расчетные сочетания усилий (РСУ) не задаются. Отдельные загружения для суперэлемента будут интерпретироваться как отдельные супернагрузки в основной схеме и могут быть использованы в различных вариантах при задании нагрузок на основную расчетную схему.

2.5. Назначаем супернагрузку в соответствующих загружениях (в качестве нагрузок на суперэлемент в основной схеме (супернагрузок) выступают предварительно заданные загружения этого типа суперэлемента). Для этого, в диалоговом окне «Супернагрузка» необходимо выбрать номер загружения для текущего типа суперэлемента и коэффициент, с которым должна учитываться эта супернагрузка (рис. 4).

2.6. При необходимости, добавляем узлы к суперузлам (создает в основной схеме узлы, совпадающие по координатам с суперузлами присоединенного суперэлемента) (рис. 5)

Рис. 4. Назначение супернагрузки на суперэлементы.jpg

Рис. 4. Назначение супернагрузки на суперэлементы

Рис. 5. Добавление узлов к суперузлам.jpg

Рис. 5. Добавление узлов к суперузлам

2.7. Назначаем граничные условий в узлах расчетной схемы

2.8. Расчет

2.9. Просмотр и анализ результатов расчета (рис. 5)

Рис. 51. Некоторые результаты расчета суперэлементной задачи.png
Рис. 52. Некоторые результаты расчета суперэлементной задачи.png

Рис. 5. Некоторые результаты расчета суперэлементной задачи

При работе с расчетной схемой суперэлементы изображены в свернутом виде (трёхлучевая звезда зеленого цвета с центром в геометрическом центре суперэлемента и лучами, расходящимися к его базисным узлам). Следует отметить, что суперэлемент можно удалить только в свернутом виде.

При необходимости контроля геометрии суперэлементов на основной схеме в режиме формирования расчетной схемы или при анализе в режиме визуализации результатов расчета возможно отобразить суперэлементы в развернутом виде (рис. 6).

Рис. 6. Фрагмент суперэлементной задачи с суперэлементами в развернутом и свернутом виде.jpg

Рис. 6. Фрагмент суперэлементной задачи с суперэлементами в развернутом и свернутом виде

II способ

Выполняем стандартную последовательность задания расчетной схемы:

1. Задаем геометрию схемы.

2. Формируем списка жесткостей и назначаем эти жесткостные характеристики элементам расчетной схемы.

3. Задаем нагрузки в соответствующих загружениях.

4. Назначаем граничные условия в узлах расчетной схемы.

5. Преобразовываем фрагмент схемы в суперэлемент (рис.7).

Так как в нашей расчетной схеме суперузлы находится только по углам стеновой панели (в местах расположения закладных деталей), поэтому перед преобразованием фрагмента схемы в суперэлемент в узлах где нет примыкания между панелям, необходимо выполнить расшивку узлов (раздвоение узлов на линиях стыка стеновых панелей) (рис. 7 а), в)). Далее, отмечаем элементы панели и преобразовываем фрагмент схемы в суперэлемент, при этом узлы стыковки суперэлементов с основной схемой становятся суперузлами. Базисные суперузлы назначаются автоматически.

Копируем суперэлементы согласно схеме (рис. 3)

Рис. 71. Преобразование фрагмента схемы в суперэлемент.jpg
Рис. 72. Преобразование фрагмента схемы в суперэлемент.jpg

Рис. 7. Преобразование фрагмента схемы в суперэлемент

6. Расчет

7. Просмотр и анализ результатов расчета.

Также при работе с суперэлементными задачами нужно знать некоторые нюансы:

О хранении суперэлементов

Перед добавлением суперэлементов в основную схему необходимо предварительно сохранить эту основную схему в LIR-файл.

Файл данных суперэлемента должен находиться в одном каталоге с основной схемой или в любом его дочернем подкаталоге произвольной вложенности. Также можно перенести или скопировать файл требуемого суперэлемента вручную.

Для суперэлементной задачи при переносе основной схемы в другой каталог или на другой логический диск будет утеряна информационная связь между сохраненной основной схемой и входящими в нее суперэлементами. Поэтому для корректного переноса суперэлементной задачи в другой каталог или на другой логический диск, необходимо перенесите также файлы исходных данных всех суперэлементов, сохраняя, при необходимости, прежнюю структуру вложенности папок.

Об именах суперэлементов

В именах файлов суперэлементов запрещены следующие символы: точка, запятая, двоеточие, точка с запятой, круглые скобки, косая черта, решетка и пробел. Кроме того, первый символ имени не должен быть цифрой.

Желательно также избегать ситуации, когда имена файлов суперэлементов содержат более 8-ми символов (до точки) и совпадают в первых 6-ти символах с длинным же именем файла основной схемы.

Это связано с тем, что в некоторых случаях происходит наложение укороченных имен соответствующих текстовых файлов суперэлементов и основной схемы.

Дело в том, что укороченные имена файлов зависят не только от их длинных имен, но и от последовательности создания этих файлов на диске.

Если все же указанная ситуация произошла, но существует потребность оставить все имена файлов без изменения, необходимо выполнить следующее:

  • создать на диске новый каталог;
  • скопировать (COPY) в него первым *.LIR файл основной схемы;
  • скопировать затем в этот же каталог *.LIR файлы суперэлементов;
  • удалить *.LIR файлы основной схемы и суперэлементов из исходных каталогов, в которых они находились;
  • перенести (MOVE) *.LIR файлы основной схемы и суперэлементов из нового каталога в исходные каталоги.

Вывод: на примере расчетной схемы поперечной диафрагмы здания показана технология создания суперэлементных задач. Описаны преимущества и недостатки подхода в компьютерном моделировании сложно организованных конструкций спозиции пользователя ПК ЛИРА-САПР.

Литература

  1. Городецкий А. С. Возможности применения суперэлементов при решении различных задач строительной механики/ Александр Сергеевич. Городецкий // Строительная механика и расчет сооружений. – 2015 – № 4. – С. 51-56.
  2. ПК ЛИРА, версия 9. Программный комплекс для расчета и проектирования конструкций : cправочно-теоретическое пособие / [под. ред. А.С.Городецкого]. – К.-М.: «Факт», 2003. – 464 с.


Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить нам.

Поделиться:
(Голосов: 1, Рейтинг: 2.93)

Дмитрий Городецкий

Кандидат технических наук - специальность "САПР".
Руководитель проекта "МКЭ-процессор ЛИРА-САПР". Руководитель проекта МОНОМАХ-САПР.

Другие публикации этого автора

Марина Ромашкина

Кандидат технических наук - специальность "Строительные конструкции, здания и сооружения".
Сопровождение программного комплекса ЛИРА-САПР.

Другие публикации этого автора


Комментарии



Материалы по теме:

24.05.2017

Конструктивная нелинейность. Односторонние связи. Проблемы реализации.

Рассматриваются различные виды конструктивной нелинейности. Особое внимание уделяется проблеме односторонних связей. Приводится универсальный алгоритм расчета систем включающих односторонние связи. Пр...

25.04.2017

Возможности применения суперэлементов при решении различных задач строительной механики

Если рассчитываемая система слишком громоздка, то иногда оказывается удобным организовать рекурсивный расчет с расчленением всей системы на подсистемы - суперэлементы. Этот прием может оказаться удачн...