ДокладчикАссистент кафедры Строительные конструкции И.А. Порываев

Обязательным атрибутом любого лабораторного эксперимента является единство двух категорий знаний: эмпирических и теоретических. К эмпирическим методам исследования относят наблюдение, сравнение, измерение и эксперимент. К теоретическим – аналогию, идеализацию, формализацию и др. С развитием проектных программных комплексов появилась возможность создания расчетных моделей конструкций практически любой степени сложности с последующим анализом их НДС. Очень интересным и перспективным стало сравнение результатов расчетов исследуемого объекта, полученных: а) классическими инженерными методами; б) при помощи проектирующих комплексов; в) непосредственно экспериментом. Методологический подход к лабораторным работам в вузе

Для получения более полной информации об исследуемом объекте, целесообразным представляется рассмотрение трех его моделей: 1.Теоретическая (упрощенная) модель – идеализированная модель объекта, основанная на классическом инженерном подходе (на основных теоретических положениях теории сопротивления материалов и строительной механики). 2.Математическая (КЭ) модель – конечно-элементная модель (созданная на принципах теории упругости), определение напряженно-деформированного состояния которой реализуется в современных программных комплексах. 3.Механическая модель – лабораторный образец, имитирующий натурную конструкцию (возможно, в определенном масштабе).

виртуальная лабораторная работа 1

1.Необходимость использования дорогостоящих экспериментальных установок и чувствительных контрольно-измерительных приборов. 2.Сложность постановки эксперимента. 3.Использование крупноразмерных образцов. 4.Невозможность многократного использования лабораторных образцов (один образец - один эксперимент)

1.Анализ устойчивости центрально- сжатой стойки с применением ПК SCAD 2.Определение критической силы (по Эйлеру) и формы потери устойчивости 3.Определение критической силы по методике норм проектирования 4.Сравнительный анализ результатов

Теоретические сведения ПК SCAD«Ручной» расчет Создание расчетной модели и анализ устойчивости по классической теории Анализ устойчивости по классической теории КОНСТРУКТОР СЕЧЕНИЙ Анализ устойчивости по методике норм проектирования Программа КРИСТАЛЛ Теории устойчивости Нормы проектиров ания Изменение одного из параметров системы и установление зависимостей Анализ результатов, формулирование выводов

Определение геометрических характеристик (КОНСТРУКТОР СЕЧЕНИЙ) Создание расчетной модели Определение формы потери устойчивости и критической силы

Автоматизированный расчет стойки по нормам проектирования с помощью программы КРИСТАЛЛ

Определение критической силы по формуле Эйлера Определение критической силы по нормам проектирования

Анализ устойчивости Создание расчетной модели

Построение зависимостей между гибкостью и критической силой при использовании различных теорий

Анализ устойчивости балок (местная и общая) и зданий в целом

1.Избегание трудностей, связанных с постановкой физического эксперимента. 2.Каждый студент выполняет индивидуальный эксперимент (количество вариантов исходных данных практически не ограничено). 3.Подтверждение автоматизированного расчета «ручным» позволяет студенту понять основные принципы заложенных в программный комплекс алгоритмов и методик («общение» с программой не как с абстрактным «черным ящиком»). 4.Необходимость выполнять исследовательскую работу (анализ ряда экспериментов, построение зависимостей, сравнение результатов). 5.Внедрение в учебный процесс современных информационно- коммуникационных технологий.

виртуальная лабораторная работа 2

1.Исследование напряженно- деформированного состояния (НДС) сварных фланговых угловых швов и соединяемых элементов. 2.Определение характера напряжений в сварном шве и сравнение полученных результатов с расчетом по СП. 3.Определение коэффициента концентрации напряжений фланговых швов.

Создание и расчет конечно-элементной модели на ЭВМ с помощью вычислительного комплекса SCAD. Для упрощения создания модели используются предварительно подготовленные схемы-заготовки. 2.Анализ результатов расчета, определение НДС и коэффициента концентрации. 3.Расчет по теоретическим формулам СП [1]. 4.Сравнение результатов и выводы.

Дополнительные операции: Закрепление схемы (установка связей) Ввод нагрузок Назначение жесткостей конечным элементам Статический расчет

Изополя главных напряжений, кН/м 2 c отображением направлений главных площадок Теоретическое распределение напряжений в сварном фланговом соединении

Нормальные напряжения в средней пластине, сечение A-B, кН/м 2

Нормальные напряжения в накладке, сечение С-D, кН/м 2

Нормальные напряжения в средней пластине, сечение C-D, кН/м 2

Плоскость разрушения флангового шва Анализируемый фрагмент схемы Коэффициент концентрации и определение среднего напряжения

Среднее напряжение в шве по формуле СП (СНиП) «Стальные конструкции» Теоретический коэффициент концентрации Погрешность определения напряжений по СП и SCAD

Представляет интерес сравнение теоретической работы сварного шва (полученное в результате решения учебной задачи) и моделирование этого шва в ВК SCAD Office

Комплексная лабораторная работа 1

1.Изучение работы клеедощатой балки под нагрузкой 1. Определить величины и характер распределения нормальных напряжений по высоте поперечного сечения балки; Определить модуль упругости клееной древесины; Построить теоретический и экспериментальный графики прогибов балки.

A. Инженерные методы расчета B. Программы сателлиты ПК SCAD C. ПК SCAD D. Результаты натурных испытаний лабораторного образца

Определение напряжений и деформаций по нормам проектирования

Использование программы ДЕКОР

Анализ различных КЭ моделей балки 1. Стержневая модель 2. Изотропная пластинчатая модель 3. Ортотропная пластинчатая модель 4. Модель из объемных элементов

Модель Напряжение, σ max, МПа К исп I (P i, кН) Прогиб, см (P i, кН) К исп II (P i, кН) 1Теоретическая1,60P i 0,123P i 0,122P i - 2Стержневая SCAD (48 элементов)--0,122P i - 3Плоская изотропная SCAD1,64P i 0,126P i 0,124P i - 4Объемная изотропная SCAD1,71P i 0,131P i 0,124P i - 5По СП с учетом сдвига1,60P i 0,123P i 0,137P i 0,117P i 6ДЕКОР (SCAD)-0.123P i 0,138P i 0,118P i 7Плоская ортотропная SCAD1,62P i 0,125P i 0,151P i 0,137P i * 0,129P i 0,117P i *

Каждому студенту выполнять индивидуальный эксперимент; Внедрять в учебный процесс современные расчетные комплексы для решения конкретных задач Получить базовые знания о методиках и подходах реализованных в программном продукте Использовать различные методики, обобщать и сравнивать полученные результаты, формулировать выводы ОДНАКО, максимальный эффект от виртуальных работ достигается при их выполнении совместно с физическим экспериментом на испытательном оборудовании