РАСЧЕТЫ МЕХАНИКИ И ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ


Подробнее об APM Civil Engineering

APM Civil Engineering

 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.

Следует отметить тот факт, что этот программный продукт является результатом огромной работы программистов, математиков и инженеров-строителей, которые уже 20 лет работают над реализацией универсальных методов инженерного анализа на основе метода конечных элементов. Работа над созданием инструментов CAE-анализа — это работа комплексная, которая включает: средства подготовки исходных параметров, совершенные и современные расчетные алгоритмы и программы, широкие возможности визуализации результатов вычислений. Учитывая это, разработчики создали простой и удобный инструмент, адресованный проектировщикам во всех без исключения областях строительного проектирования.

            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 решать обширный круг задач:

  • 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; 
  • выполнять расчет одиночных, ленточных и сплошных железобетонных фундаментов;
  • 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.

 

CAD/CAE система APM Civil Engineering включает:

  • интегрированную чертежно-графическую среду;
  • базу данных и систему управления базой данных ;
  • расчетное ядро – модуль конечно-элементного анализа ;
  • модуль расчета болтовых, сварных и заклепочных соединений ;
  • инструменты автоматической генерации конечных элементов с постоянным и адаптивными  шагами, с возможностью интерактивного изменения параметров разбиения;
  • средства импорта геометрии модели конструкции из сторонних графических редакторов с использованием форматов STEP и DXF.

 

При проектировании и расчете металлических конструкций  с использованием  APM Civil Engineering можно:

  •  полностью либо частично подготовить геометрическую модель металлоконструкции, используя при этом библиотеки наиболее распространенных типовых схем;
  • выполнить проверку несущей способности и автоматически подобрать оптимальное поперечное сечение стержневого элемента (по критериям прочности и устойчивости, а также в соответствии с требованиями СНиП II-23-81*) из библиотеки стандартных сечений либо из библиотеки, подготовленной пользователем; 
  • автоматически получить чертежи стандартных узлов соединений металлоконструкций;
  • провести расчет сварных швов узловых элементов, а также расчет групповых болтовых соединений;
  • подготовить проекционные чертежи модели конструкции в целом и отдельных ее деталей;
  • получить таблицу расхода (по материалу и профилям) по элементам металлоконструкции.

При проектировании железобетонных конструкций, используя инструменты APM Civil Engineering, можно:

  • представить модели строительных железобетонные конструкции в виде комбинации  элементов колонн, ригелей, балок, перекрытий, плит и оболочек;
  • вычислить расчетные сочетания усилий (РСУ);
  • выполнить подбор армирования железобетонных элементов (прямоугольных, тавровых, двутавровых, круглых и кольцевых) согласно нормам СП 52-101-2003 по первой и второй группам предельных состояний для наиболее опасной комбинации внутренних силовых факторов, приложенных к элементу конструкции;
  • провести проектировочный и проверочный расчет железобетонных элементов; 
  • получить удобную форму представления результатов расчета, в том числе реальную картину размещения арматуры в объеме железобетонного элемента.

 

APM Civil Engineering при расчете каменных и армокаменных конструкций позволяет:

  • проектировать малоэтажные строительные конструкции, коттеджные строения, стены каркасных зданий и сооружений, перегородки строительных объектов, колонны т. п.;
  • использовать такие материалы, как керамический и силикатный кирпич, бетонные блоки, природные камни правильной геометрической формы, бетонные камни и т. д.;
  • вести расчеты в соответствии со СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции».

 

Спецификой расчета деревянных конструкций в APM Civil Engineering является то, что:

  • при проектировании строительных объектов, изготовленных из дерева, можно пользоваться имеющимися в APM Civil Engineering наиболее распространенными типовыми схемами;
  • расчет на прочность элементов деревянных конструкций выполняется методом конечных элементов и с учетом требований СТО 36554501-002-2006 (Стандарт ЦНИИСК);
  • имеется возможность автоматизированного подбора металлических зубчатых пластин согласно ТУ 5369-026-02495282-97, а также нагельных соединений;
  • предусмотрен вывод на печать чертежей всех элементов деревянной конструкции с параметрами распиловки.

С помощью APM Civil Engineering можно провести комплексный расчет зданий и сооружений на упругом основании. Для  моделирования упругого основания разработаны инструменты, обеспечивающие:

  • задание характеристик инженерно-геологических элементов;
  • задание скважин;
  • построение карт напластования.

В APM Civil Engineering возможно задание и выполнение расчета следующих основных типов фундаментов: столбчатых, ленточных, сплошных и свайных. Расчеты фундаментов выполняются согласно СП 50-101-2004 и СП 50-102-2003, а также методами механики грунтов на базе конечно-элементного анализа. Характеристики грунтов при этом могут описываться линейными и нелинейными функциями.

В результате расчета определяются: расчетное сопротивление грунта, размеры условного фундамента, глубина продавливания, коэффициенты постели, жесткости упругого основания, осадки и крены фундаментов и другие характеристики. Инженерные решения по расчету фундаментов дополнены методами численного моделирования в линейной и нелинейной постановке,  включая инструменты задания карт напластования и генерации конечно-элементной сетки.   

В основе расчета всех без исключения строительных объектов лежит решатель конечно-элементного анализа,  является базовым расчетным ядром системы APM Civil Engineering.

В качестве универсального метода решения  задач прочности  используется метод конечных элементов и его различные модификации. Реализация этого метода крайне сложна, и выполняется универсальным процессором,  который позволяет выполнить:

Линейные решения

  •  Расчет напряженно-деформированного состояния (статический расчет).
  •  Расчет критических сил и форм потери устойчивости (определение критических сил для любой из рассчитанных форм).
  • Расчет температурных полей  для стационарных и  нестационарных режимов теплопередачи и теплообмена  тепловыделением, конвекцией, лучистым теплообменом с учётом видимости и затенения поверхностей.
  • Расчет термоупругости при механическом и температурном воздействиях в статическом и нестатическом состояниях.
  • Нелинейные  решения в области малых и больших деформаций
  • Расчет напряженно-деформированного состояния с учетом геометрической и физической нелинейности.
  • Расчет напряженно-деформированного состояния для случая контактного взаимодействия деталей.

 

Динамический анализ

  • Определение частот и форм собственных колебаний в заданных пределах, в том числе и с предварительным напряжением.
  • Расчет вынужденных колебаний – определение поведения системы при заданных законах изменения вынуждающих силовых факторов от времени с анимацией колебательного процесса.
  • Расчет усталостной прочности.
  • Расчет на вибрацию оснований.
  • Расчет при сейсмическом воздействии.

 

Для выполнения всего комплекса расчетов можно использовать различные типы конечных элементов, моделей материалов конструктивных элементов, нагрузок и воздействий, граничных условий и т.п.

Типы конечных элементов

  • Стержневые произвольных поперечных сечений.
  • Гибкие элементы: канаты, тросовые и подобные им элементы односторонней и двусторонней жесткости.
  • Пластинчатые и оболочечные: треугольные и четырехугольные;
  • Твердотельные изопараметрические трехмерные первого порядка: 4-х узловые и 8-ми узловые;
  • Твердотельные изопапаметрические трехмерные высших порядков: 10-ти узловые и 20-ти узловые.
  • Трубчатые.
  • Специальные элементы (cосредоточенные массы, сосредоточенные моменты инерции, элементы абсолютной жесткости).

 

Типы материалов

  • Изотропные
  • Анизотропные
  • Ортотропные
  • Многослойные
  • Композиционные

 

Типы конструктивных элементов

  • Линейные: стержни, балки, рамы, фермы, нити
  • Тонкостенные плоские и пространственные: пластины и оболочки
  • Твердотельные: детали и сборки
  • Произвольная комбинация из набора конструктивных элементов

 

Нагрузки и воздействия

  • Сосредоточенные силы и моменты (постоянные и произвольно переменные во времени).
  • Распределенные нагрузки по длине площади и объему(постоянные и произвольно переменные во времени).
  • Нагрузки, заданные линейным и/ или угловым перемещением (постоянные и произвольно переменные во времени).
  • Снеговые, ветровые, сейсмические по СНиП, с учетом распределенных и сосредоточенных масс, линейных и вращательных степеней свободы.
  • Давление гидростатического типа.
  • Давление контактного типа.
  • Расчетные сочетания усилий (РСУ).
  • Центробежные (заданные линейным и/или угловым ускорением).
  • Гравитационные.
  • Температурные градиенты.
  • Параметры теплообмена и излучения.

 

Типы граничных условий

1)  при решении задач механики:

  • Абсолютно жесткие опоры и опоры с освобожденными связям.
  • Упругие опоры с двунаправленными  связями.
  • Упругие опоры с односторонними связями.
  • Закрепленные конструктивные элементы, частично освобожденные от связей. 
  • Контактные элементы;
  • Эксцентрично заданные элементы крепления.

 

2) при решении теплофизических задач необходимо:

  • Задание температурных значений.
  • Учет тепловыделения: линейного,  в объеме, по поверхности и в узловой точке.
  • Учет конвективного теплообмена на поверхности, по линии и в узловой точке.
  • Учет лучистого теплообмена между поверхностями с учетом видимости и затемнения.

 

Результатами расчетов являются:

  • Распределение эквивалентных напряжений и их составляющих, а также главных напряжений, как на внешней поверхности, так и в произвольном плоском сечении.
  • Распределение линейных, угловых и суммарных перемещений, как на внешней поверхности, так и в произвольном плоском сечении.
  • Распределение деформаций по элементам конструкций.
  • Карты распределения и эпюры внутренних силовых факторов (сил, моментов и их составляющих).
  • Распределение усилий в контактной зоне.
  • Коэффициент запаса устойчивости и формы потери устойчивости.
  • Распределение коэффициентов запаса и числа циклов по критерию усталостной прочности.
  • Распределение коэффициентов запаса по текучести и прочности по различным теориям прочности.
  • Распределение температурных полей и термонапряжений.
  • Координаты центра тяжести, объем, длина, площади поверхности и моменты инерции модели, а также моменты инерции, статические моменты и площади поперечных сечений конструктивных элементов.
  • Реакции в опорах и суммарные реакции, приведенные к центру тяжести модели конструкции. 
  • Анимационное представление полученных результатов.
  • Карты накопленной в единице объема внутренней энергии деформаций.
© ООО НТЦ "АПМ" 2017. Все права защищены
Создание сайтов
Студия дизайна «Веб-Арена»