ГОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет

1. ГОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет Виртуальные лабораторные работы для студентов бакалавриата и магистрантов по направлению «Строительство» с применением SCAD Office Сафиуллин М. Н. Порываев И. А. проф. Семенов А. А. 2013

2. Методологический подход к лабораторным работам в вузе • 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. • С развитием расчетных и проектирующих программных комплексов появилась возможность создания расчетных моделей конструкций практически любой степени сложности с последующим анализом их напряженно-деформированного состояния (НДС). Очень интересным и перспективным стало сравнение результатов расчетов исследуемого объекта, полученных: • классическими инженерными методами • непосредственно экспериментом • при помощи расчетных комплексов

3. Блок-схема проведения комплексной лабораторной работы (ЛР)

4. 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. Механическая (физическая) модель – лабораторный образец, имитирующий натурную конструкцию (возможно, в определенном масштабе). 3. Математическая (КЭ) модель – конечно-элементная модель (созданная на принципах теории упругости), определение напряженно-деформированного состояния которой реализуется в современных программных комплексах.

5. Тематика лабораторных работ по ФГОС • Металлические конструкции, включая сварку (20 часов) • Ручная дуговая сварка. Сущность процесса. Оборудование и • технология сварки. Сварочные материалы • Механизированная и автоматизированная сварка плавящимися • электродами. Оборудование и технология сварки. • Испытание сварных соединений с угловыми швами • Контактные виды сварки. Стыковая сварка оплавлением и • сопротивлением. • Газовая сварка и резка. Сущность процессов. Оборудование • постов. Технология газовой сварки и резки. Сварочные • материалы. • Испытание срезных болтовых соединений (фрикционных и на • болтах нормальной точности) • Испытания фланцевых соединений на высокопрочных болтах. • Устойчивость стальных колонн сплошного сечения • Устойчивость стенок и поясных листов металлических балок

6. Тематика лабораторных работ по ФГОС • Железобетонные и армокаменные конструкции (8 часов) • Испытание железобетонной балки на изгиб по нормальному • сечению • Испытание железобетонной балки на действие поперечной • силы по наклонному сечению • Испытание колонны на внецентренное сжатие с большим • эксцентриситетом • Испытание железобетонной предварительно напряженной • балки на изгиб • Конструкции из дерева и пластмасс (8 часов) • Испытание образца соединения на лобовой врубке • Испытание образца симметричного двухсрезного • соединения на вклееных нагелях. • Испытание составной балки на пластинчатых нагелях. • Испытание дощатоклееной балки на изгиб.

7. Виртуальные лабораторные работы по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку»

8. 1.Анализ устойчивости центрально-сжатой стойки сквозного сечения Проблемы постановки физического эксперимента по анализу устойчивости • Необходимость использования дорогостоящих экспериментальных установок и чувствительных контрольно-измерительных приборов. • Сложность постановки эксперимента. • Использование крупноразмерных образцов. • Невозможность • многократного • использования • лабораторных • образцов (один • образец – один • эксперимент)

9. Задачи виртуальной ЛР • Анализ устойчивости центрально-сжатой стойки с применением ПК SCAD • Определение критической силы (по Эйлеру) и формы потери устойчивости • Определение критической силы по методике норм проектирования • Сравнительный анализ результатов

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

11. Определение геометрических характеристик (КОНСТРУКТОР СЕЧЕНИЙ) Использование ПК SCAD Создание расчетной модели Определение формы потери устойчивости и критической силы Автоматизированный расчет стойки по нормам проектирования с помощью программы КРИСТАЛЛ

12. Теоретические расчеты по СП (СНиП) Определение критической силы по формуле Эйлера Определение критической силы по нормам проектирования

13. Анализ результатов Построение зависимостей между гибкостью и критической силой при использовании различных теорий

14. Использование оболочечных КЭ Создание расчетной модели Анализ устойчивости

15. Возможное развитие Анализ устойчивости балок (местная и общая) и зданий в целом

16. 2. Работа и расчет фланговых и лобовых угловых сварных швов Ознакомление с нормативной литературой Самостоятельная работа

17. Теоретические сведения

18. Образец выполнения Загрузка схемы-заготовки

19. Образец выполнения Операции редактирования

20. Образец выполнения Операции редактирования

21. Образец выполнения Копирование элементов

22. Образец выполнения Последовательность создания модели

23. Образец выполнения Изополя главных напряжений, кН/м2 c отображением направлений главных площадок Теоретическое распределение напряжений в сварном фланговом соединении Анализ результатов

24. Образец выполнения Нормальные напряжения в средней пластине, сечение A-B, кН/м2 Анализ результатов

25. Образец выполнения Нормальные напряжения в накладке, сечение С-D, кН/м2 Анализ результатов

26. Образец выполнения Нормальные напряжения в средней пластине, сечение C-D, кН/м2 Анализ результатов

27. Образец выполнения Плоскость разрушения флангового шва Анализируемый фрагмент схемы Коэффициент концентрации и определение среднего напряжения

28. Образец выполнения Среднее напряжение в шве по формуле СП (СНиП) «Стальные конструкции» Теоретический коэффициент концентрации Погрешность определения напряжений по СП и SCAD Теоретические расчеты по СП (СниП)

29. Возможное развитие Представляет интерес сравнение теоретической работы сварного шва (полученное в результате решения учебной задачи) и моделирование этого шва в ВК SCAD Office Исследование сложных нагружений

30. 3. Монтажный стык балки на высокопрочных болтах

31. Расчетная схема и модель Расчетная схема Модель

32. Моделирование болтовых соединений объединения перемещений

33. Результаты расчета 1 1. 3. 2. 2 3 1. деформации 2. изополя напряжений NX 3. эпюра нормальных напряжений

34. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЯХ Вертикальная накладка

35. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЯХ Горизонтальная накладка

36. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ

37. 4. Анализ местной устойчивости стенок и поясных листов металлических балок Расчетная схема балки Потеря местной устойчивости тонкостенных элементов Анализ местной устойчивости в программе КРИСТАЛЛ

38. Расчетная модель балки Первая форма потери устойчивости. Коэффициент запаса устойчивости 0,805 Пятая форма потери устойчивости. Коэффициент запаса устойчивости 0,878

39. Сравнение результатов

40. 5. Анализ напряженно-деформированного состояния баз металлических колонн Конструкция модели; 1 – анкерный болт 2 –опорная плита; 3 – анкерная плитка; 4 – траверса; 5 – вертикальное ребро; 6 – ветвь колонны Детали выполнения анкерного крепления базы колонны

41. Схема приложения нагрузки к модели Работа односторонних связей; а — при нагружении фундамента; б — при отрыве ветви.

42. Изополя моментов в опорной плите; сечения 1, 2 Эпюры по сечениям

43. Цветовая карта реакций в опорной плите Напряженное состояние траверсы NX, МПа Сечение средней части траверсы, МПа

44. Моменты Mxв анкерной плитке, Н мм/мм

45. Виртуальные лабораторные работы по дисциплине «Железобетонные конструкции» • Испытание железобетонной балки с одиночной арматурой на изгиб с разрушением по нормальному сечению • Испытание железобетонной балки с двойной арматурой на изгиб с разрушением по нормальному сечению • Испытание предварительно напряженной железобетонной балки с двойной арматурой на изгиб с разрушением ее по нормальному сечению

46. Упрощение расчетной схемы образца: а) - лабораторный стенд; б) - основа расчетной модели а) б) Основные параметры поперечного сечения

47. Исходный набор конечных элементов. Результат копирования исходного набора КЭ для получения вертикального блока Установка арматурного стержня

48. результаты расчета на шагах 1, 10, 20, 25, 32 Общий вид деформированной схемы.

49. Некоторые результаты расчета на шагах 10 (окончание создания загружения предварительного напряжения), и шагов 18, 21, 25, 27, 35, 42,47. Деформированные схемы на стадии преднапряжения (10 шаг) и нагрузки (47 шаг)

50. Виртуальные лабораторные работы по дисциплине «Деревянные конструкции»