Lektsii_Obchislyuvalna_tekhn_MT-3 / Тема 06 / Тема 6

35

Тема 6 Програмний комплекс SCAD

3 ПРОГРАМНИЙ КОМПЛЕКС SCAD*

Мета лекції. В лекції наводиться загальна характеристика обчислювального універсального комплексу Structure CAD (SCAD).

Ключові слова: обчислювальний комплекс, програми - сателіти, аналітична програма, конструкторська програма.

Загальна характеристика

Програмний комплекс розроблено колективом українських вчених під керівництвом Д-ра техн. наук А.В.Перельмутера. В ПК реалізовано метод скінчених елементів.

Інтегрована система SCAD Office призначена для чисельного дослідження міцності і стійкості широкого класу конструкцій об'єктів будівництва, визначення напружено-деформованого стану конструкцій від статичних і динамічних дій, а також виконання низки функцій проектування елементів конструкцій.

До складу системи входять програми чотирьох видів:

• обчислювальний комплекс Structure CAD (SCAD), який є ядром пакету. Це універсальна розрахункова система аналізу конструкцій за дискретними моделями методу скінчених елементів (МСЕ);

• допоміжні програми, призначені для «обслуговування» SCAD, які орієнтовані на формування і обчислення геометричних характеристик різного виду перетинів стержньових елементів (Конструктор перетинів, КОНСУЛ, ТОНУС, СЕЗАМ), визначення навантажень і дій на споруду (ВЕСТ), обчислення коефіцієнтів постелі, необхідних при розрахунку конструкцій на пружній основі (КРОС), а також препроцесор ФОРУМ, що використовується для формування укрупнених моделей при імпорті даних із архітектурних систем;

• проектно-аналітичні програми КРИСТАЛ, АРБАТ і КАМІН, які призначені для вирішення специфічних задач перевірки і розрахунку елементів сталевих, залізобетонних і кам'яних конструкцій відповідно до вимог нормативних документів (СНіП, ДБН, Eurocode і т.і.);

• проектно-конструкторські програми КОМЕТА і МОНОЛІТ, призначені для розробки конструкторської документації на стадії детального опрацьовування проектного рішення.

Всі програми-сателіти мають спільний формат представлення даних, способи управління, перевірки нормативних вимог і показу результатів роботи та документування. При цьому будь-яка з програм, що входить в пакет SCAD Office, може використовуватися в автономному режимі.

Обчислювальний комплекс Structure CAD практично не має обмежень на розмір і форму споруд, які досліджуються.

Проект

Основою комплексу є система функціональних модулів, зв'язаних між собою єдиним інформаційним середовищем. Це середовище називається проектом і містить повну інформацію про розрахункову схему, представлену у внутрішніх форматах комплексу. В процесі формування розрахункової схеми проект наповнюється інформацією і зберігається на диску у файлі (з розширенням SPR). Імена проекту і файлу задаються при створенні нової схеми.

Функціональні модулі

Функціональні модулі SCAD діляться на чотири групи. До першої групи входять модулі, що забезпечують введення вихідних даних в інтерактивному графічному режимі (графічні препроцесори) і графічний аналіз результатів розрахунку (графічний постпроцессор).

Модулі другої групи (розрахункові процесори) служать для виконання статичного і динамічного розрахунків, обчислення розрахункових поєднань зусиль, комбінацій навантажень, головних і еквівалентних напруг, реакцій, навантажень від фрагмента схеми, аналізу стійкості, а також побудови спектрів відгуку і амплітудно-частотних характеристик елементів.

Документування результатів розрахунку виконується модулями третьої групи. В четверту групу включаються модулі (проектуючі постпроцессори), які служать для підбору арматури в елементах залізобетонних конструкцій, а також перевірки опору і підбору перерізів елементів сталевих конструкцій.

Всі функціональні модулі реалізовані в єдиному графічному середовищі. Інтерфейс, сценарії взаємодії з користувачем, функції контролю вихідних даних і аналізу результатів повністю уніфіковані, що забезпечує логічну послідовність виконання операцій.

Процесор і бібліотека скінчених елементів

Високопродуктивний процесор дозволяє вирішувати задачі статики і динаміки з великою кількістю ступенів свободи (до 392 000). Розрахунок супроводиться докладним протоколом, який може бути проаналізований як по ходу виконання розрахунку, так і після його завершення. Система контролю вихідних даних виконує перевірку розрахункової схеми, фіксує помилки і виводить на екран попередження.

Бібліотека кінцевих елементів містить різні види стержньових, пластинчатих елементів, балочного ростверку на пружній основі, оболонок і балок-стінок, різні види об'ємних елементів, набір багатошарових і вісесиметричних скінчених елементів, а також спеціальні елементи для моделювання пружних зв'язків скінченої жорсткості.

Цей неповний перелік скінчених елементів демонструє можливості аналізу будь яких конструкцій і необмежених властивостей їх матеріалів.

Підготовка моделі

Графічні засоби формування розрахункової схеми

Ідейною основою формування розрахункової схеми є складання об’єкту із параметричних прототипів.

В комплексі SCAD є два види графічних модулів створення розрахункових схем. До них відносяться традиційний для дискретних систем графічний препроцесор, в якому для формування розрахункової схеми з набору скінчених елементів, та препроцесор ФОРУМ для формування укрупнених моделей.

В традиційному препроцесорі передбачена широка гамма засобів для створення моделей, які включають функції формування схем за параметричними прототипами конструкцій, генерації сіток із плоских елементів в двох- і трьох-мірних просторах, копіювання фрагментів схем, складання із схем, які були заготовлені раніш, функції різних геометричних перетворень.

В режимі графічного діалогу задаються всі основні параметри схем, включаючи характеристики жорсткості елементів, граничні умови, статичні і динамічні навантаження і ін. Робоче вікно ПК SCAD в режимі підготовки моделі. показано нарис.3.1.

Рис. 3.1. Робоче вікно програмного комплексу SCAD

Спеціальні засоби передбачені для створення розрахункових моделей, поверхня яких описується аналітично. Ці засоби дозволяють автоматично генерувати сітку елементів на поверхні, заданій як функція двох і трьох змінних. Для формування довільних сіток на площині використовується автоматична тріангуляція, за допомогою якої сітка може бути нанесена на будь-яку область розрахункової схеми.

Укрупнені розрахункові моделі і зв'язок з іншими ПК

Формування розрахункової схеми або її частини може бути виконано і на основі інформації, що імпортується з архітектурних систем, таких як ALLPLAN, ArchiCAD і МАЕСТРО, систем проектування сталевих конструкцій, наприклад, StruCAD, HyperSteel, RealSteel, а також шляхом імпорту файлів у форматах DXF і DWG системи AutoCAD і ряду інших форматів.

Групи

Особливу роль при формуванні розрахункової схеми і аналізі результатів грають групи вузлів і елементів. Групи – це іменовані набори вузлів або елементів, які можуть неодноразово використовуватися для виконання різних операцій. Процес об'єднання об'єктів в групи повністю регулюється користувачем. Це можуть бути характерні ділянки конструкції, наприклад, міжповерхові перекриття, елементи просторового каркаса, стіни або інші набори об'єктів. Головне, що групи доступні на всіх етапах роботи із схемою – при формуванні моделі, аналізі і документуванні результатів розрахунку.

Фільтри

ПК SCAD має апарат фільтрів, за допомогою яких встановлюються правила відображення інформації на схемі. Фільтри дозволяють відібрати для відображення інформацію про розрахункову схему за критерієм користувача (рис.3.1) широко використовуються колірні засоби відображення інформації, які спільно з фрагментацією дозволяють відобразити на екрані будь-які параметри моделі, незалежно від її складності.

Аналіз і документування результатів

Графічний постпроцесор

Цей модуль представляє результати розрахунку в графічній формі, у вигляді схем переміщень, прогинів, епюр внутрішніх зусиль, ізолиний та ізополів будь яких компонентів напружено деформованого стану. Одночасно на схему можуть виводитися і числові значення чинників. Для статичних і динамічних завантажень передбачена можливість анімації процесу деформації схеми і запису цього процесу у форматі відео кліпу (AVI). Будь-яка графічна інформація може виводитися на друк або зберігатися у форматі Windows метафайлу (WMF).

Разом з результатами розрахунку засобу графічного аналізу дозволяють відобразити на схемі у вигляді епюр (для стержньових елементів) або ізолиний та ізополів (для пластин) результати роботи модуля підбору арматури в елементах залізобетонних конструкцій, включаючи таку інформацію, як площа арматури, ширину розкриття тріщин, відсоток армування і ін.

На рис. 3.2 показані ізолінії згинальних моментів в плиті прогонової будови моста.

Рис.3.2. Ізолінії згинальних моментів в плиті прогонової будови моста

Документування результатів

Модулі документування результатів розрахунку дозволяють сформувати таблиці з вихідними даними і результатами в текстовому форматі або графічному форматі, а також експортувати їх в MS Word або MS Excel. Формування таблиць виконується з урахуванням груп вузлів і елементів, таблиці можна доповнити коментарями і включити в них графічну інформацію. Таким чином, звітний документ може редагуватися засобами MS Word і набувати зручну для користувача форму, а експорт в MS Excel дає можливість подальшої нестандартної обробки результатів згідно конкретних вимог проекту

На рис. 3.3 та 3.4 показані графічні документи створені в модулях ПК SCAD АРБАТ і КОМЕТА.

Рис3.3 Креслення армування залізобетонної балки

Рис. 3.4. Креслення вузла металевої колони