Программа дисциплины (syllabus) (стр. 6 )

Литература: [14], [15].

Тема 7 Расчет грунтовых оснований по программе ГЕОМЕХАНИКА

Программа ГЕОМЕХАНИКА представляет собой эффективный инструмент численного моделирования задач геомеханики (плоских, осесимметричных), возникающих при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов строительства с помощью метода конечных элементов на персональных компьютерах. В программе реализованы следующие этапы моделирования: 1) Задание геометрии объекта, геологического строения грунтовой области, технологической последовательности геотехнических работ.

2) Расчет поля природных напряжений в расчетной области. 3) Расчет напряженно-деформированного состояния области при воздействии на нее заданных сил и перемещений. 4) Расчет поля природных напряжений в области при выемке из нее подобластей, имитирующих открытый котлован или подземную выработку. 5) Введение в областей элементов иной жесткости (подпорных стен, обделок тоннелей, отсыпки насыпей и др.

6) Введение в область стержневой системы. Этапы 3-6 могут повторяться, моделируя весь процесс строительства объекта. Расчет ведется в рамках упруго-идеально-пластической среды с использованием критерия прочности Кулона-Мора. Результаты решения по каждому шагу в табличном и графическом виде записываются в файлы и могут быть просмотрены на экране и распечатаны. Иллюстрация конкретного примера.

Литература: [15].

7. Содержание практических занятий

Тема 1

Применение энергетических методов в инженерной механике

План:

1.  Решение задач по определению энергетических параметров упругих систем.

Типовое задание 1. Вычислить потенциальную энергию деформации упругой системы U, приведенной на рисунке. Жесткость стержня EIсчитается постоянной.

Типовое задание 2. Вычислить действительную работу внешних сил V для системы, приведенной на рисунке.

Типовое задание 3. Найти указанное перемещение для системы, приведенной на рисунке, используя закон сохранения энергии (V+W=0). Здесь V – действительная работа внешних сил, W - действительная работа внутренних сил.

Примечание. Конкретный тип схемы может быть уточнен для каждого обучающегося.

Литература: [2] – [5].

Тема 2

Составление матричного уравнения метода конечных элементов упругой системы

План:

1.  Решение задачи по определению матриц жесткости упругой системы.

2.  Построение матричного уравнения метода конечных элементов системы

Задание 1. Определить смещения узлов 2,3 и реакции в узлах 1,4 для системы, приведенной на рисунке. Здесь е1, е2, е3 – упругие элементы системы; С – жесткость элемента; Р – сосредоточенные силы.

Задание 2. Составить матричное уравнение метода конечных элементов для приведенной в задании 1 упругой системы с использованием энергетического подхода.

Примечание. Конкретные значения параметров С, Р выдаются индивидуально каждому обучающемуся.

Литература: [2] – [5].

Тема 3

Расчет статически определимых систем по программе SCAD

План:

1.  Определение внутренних усилий в шарнирно-стержневой конструкции.

2.  Определение внутренних усилий в многопролетной шарнирной балке.

3.  Формирование отчетов по результатам расчетов.

Задача 1. Определить внутренние усилия в шарнирно-стержневой конструкции, приведенной на рисунке 1. Варианты геометрических размеров и величин нагрузок приведены в таблице 1.

Рисунок 1 – Расчетная схема конструкции

Таблица 1 – Исходные данные для расчета конструкции

Данные	Последняя цифра зачетной книжки
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
а, м	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4
F, кН	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120
Уголок	100×10	110×8	125×10	140×12	160×12	180×12	220×14	220×14	250×16	250×16

Задача 2.Построить эпюры усилий M и Q в многопролетной шарнирной балке, приведенной на рисунке 2. Геометрические размеры и величины нагрузок на балку приведены в таблице 2. Варианты С, D определяются по последней цифре зачетной книжки.

Рисунок 2 – Расчетная схема балки

Таблица 2 – Геометрические размеры и нагрузки на балку

Литература: [2]- [5], [16].

Тема 3

Расчет напряженно-деформированного состояния арки и панели с проемом

План:

1.Определение внутренних усилий в арке.

2. Определение напряженно-деформированного состояния панели с проемом

1.  Формирование отчета по результатам расчетов.

Задача 1. Определить компоненты напряженно-деформированного состояния приведенной на рисунке 1.Варианты геометрических размеров и величин нагрузок приведены в таблице 1.Поперечное сечение арки b×h=0,5×1,0 м.

Таблица 1 – Исходные данные для расчета балки

Данные	Последняя цифра зачетной книжки
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
R, м	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
F, кН	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120

Примечание. Произвести стандартный расчет и расчет, вписав в ось арки ломаную из восемнадцати звеньев. При выполнении операции использовать инструмент «генерация узлов по дуге» или «ввод элементов по дуге» (в этом случае одновременно задать жесткости элементов).

Рисунок 1 – Расчетная схема арки

Задача 2.Определить компоненты напряженно-деформированного состояния стеновой панели с проемом от заданной нагрузки (рисунок 2).Варианты геометрических размеров и величин нагрузок приведены в таблице 2.

Рисунок 2 – Расчетная схема панели с проемом

Таблица 2 – Исходные данные для расчета панели

Данные	Последняя цифра зачетной книжки
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
L, м	6,0	6,2	6,4	6,6	6,8	7,0	7,2	7,4	7,6	7,8
Н, м	3,0	3,1	3,2	3,3	3,4	3,5	3,6	3,7	3,8	3,9
h, м	0,30	0,32	0,34	0-,46	0,38	0,40	0,42	0,44	0,46	0,48
q, кН/м	10	12	14	16	18	20	22	24	26	28
Бетон	В15	В15	В15	В20	В20	В20	В20	В22	В22	В22

Методическое указание. Последовательность решения задачи: 1) задать координаты четырех узлов на контуре панели; 2) ввести конечный элемент пластины; 3) изменить тип конечног8о элемента с №44 на № 21; 4) назначить жесткость конечному элементу; 5) разделить панель на 8 частей по горизонтали и шесть по вертикали; 6) удалить элементы в месте проема; 7) установить опорные связи; 8) приложить нагрузку; 9) выполнить необходимые операции по расчету.

Литература: [2]- [5], [16].

Тема 3

Расчет плоской статически неопределимой рамы по программе SCAD

План:

1. Построение эпюр усилий M и Q, перемещений узлов в раме расчетом на компьютере по программе SCAD.

2.  Составление отчета по результатам расчета.

Задача. Определить усилия в стержнях и перемещения узлов статически неопределимой железобетонной рамы (бетон класса В20) рамы по программе SCAD. Схема балкии действующие нагрузки приведена на рисунке 1. Варианты геометрических размеров и величин нагрузок приведены в таблице 1.