Как сделать расчетную схему

Примеры составления расчётных схем

Расчётные схемы конструкции могут изменяться в процессе строительства и эксплуатации. Например, сборная многопролётная железобетонная балка при монтаже разрезная, а после омоноличивания стыков под временной нагрузкой работает как неразрезная (рис.9.1).

Рис.9.1 Расчетные схемы мно­гопролетной балки:

а — при монтаже, 6 — в эксплуатации.

Величина нагрузки может также влиять на расчётную схему. Железобетонная ферма (рис. 9.2) в эксплуатационной стадии рассматривается с жёстким соединением в узлах.

Однако в растянутых элементах с увеличением нагрузки появляются поперечные трещины, эти элементы воспринимают только продольные усилия, и ферма работает как система с шарнирными узлами, что учитывается в расчетах на прочность.

Конструктивная схема Останкинской радиотелевизионной башни представлена на рис.9.3.

Рис. 9.2 Расчетные схемы железобетонной фермы: а — сегментная ферма с ломаным верхним поясом; б—расчетная схема фермы в стадии эксплуатации (жесткое соединение в узлах); в — расчетная схема фермы в предельном состоянии (шарнирное соединение в узлах).

Основные элементы конструктивной схемы:

Фундамент — железобетонный, монолитный предварительно напряжённый в виде десятиугольной кольцевой плиты высотой h=3 м, шириной b=9.5 м. Кольцевая напрягаемая арматура состоит из 108 пучков, каждый из которых включает 24 проволоки класса В-1400.

Наклонные ноги. 10 наклонных ног башни жёстко соединены с фундаментом. На отметке 16 м железобетонные ноги объединены в одно целое мощным железобетонным перекрытием и переходят в опорную базу.

Опорная база — конической формы, на отметке 65 м сопрягается со стволом.

Оболочка ствола имеет коническую форму до отметки 321 м, выше которой ствол принимает цилиндрическую форму. Толщина стенки ствола переменная (400-500 мм). Защитный слой бетона а_з=60 мм с целью защиты арматуры класса А400, расположенной внутри стенок ствола, от коррозии и огневого воздействия.

Рис.9.3. Схема Останкинской телебашни.

1 – металлоконструкция (антенна);

2 – железобетонный ствол (коническая оболочка);

3 – опорная база;

4 – наклонные ноги;

Толщина защитного слоя a_з=60мм.

Н = 540 м; Н_жб = 385 м.

Армирование ствола выполнено ненапрягаемой и напрягаемой арматурой. Ненапрягаемая арматура класса

А400 расположена внутри стенок ствола. Особенностью конструктивного решения ствола башни заключается в том, что напрягаемая арматура расположена вне толщины стенок (не обетонирована). Класс арматуры В1400.

Условия эксплуатации. Нижняя граница облаков расположена на отметке 150 м, влажность воздуха w = 80-90 % и более. В течении года бетон испытывает 35 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Прочность бетона на сжатие в возрасте 5 лет превышала проектную на 50 %.

Пожар на Останкинской телебашне возник 27.08.2000г. В результате замыкания электрической сети на отметке 430 м воспламенилась изоляция из полихлорвинила. В верхней части ствола температура t = 350-400 С, на отметках 200-300 метров поднималась до t = 400-500C. На этих высотах происходило отслоение защитного бетона на глубину Δb = 30-40 мм.

Часть канатов, в результате нагрева, находилась в состоянии свободного провисания: они полностью потеряли предварительное напряжение, снизилась прочность на растяжение на 47-75%, и они не могут обеспечить проектное обжатие бетона ствола башни.

На основании обследования состояния железобетонного ствола после пожара и теоретического анализа влияния огневого воздействия на железобетонную конструкцию установлено следующее:

1) прочность и устойчивость железобетонного ствола после пожара не ниже проектного;

2) жесткость железобетонного ствола значительно снижена и в нем возможно образование и развитие горизонтальных трещин при значительной ветровой нагрузке.В настоящее время на железобетонном стволе башни смонтированы и натянуты 146 высокопрочных канатов, обеспечивающих проектное усилие обжатия бетона.

Расчет конструкции башни выполняется на воздействие нагрузки в стадии возведения и эксплуатации.

При расчете учитываются постоянные и временные нагрузки.

Радиотелевизионная башня преимущественно работает на восприятие горизонтальных ветровых нагрузок. При определении усилий в сечениях ствола башни она рассматривается как консольный стержень, заделанный в фундамент.

Расчёт выполняется по деформированной схеме (рис.9.4) с учётом влияния горизонтальных смещений ствола на величину внутренних усилий при воздействии:

1) горизонтальных нагрузок

2) вертикальных нагрузок

3) одностороннего температурного нагрева поверхности ствола солнечной радиацией

4) возможного крена ствола, значение которого принимается не более .

Изгибающие моменты, возникающие в поперечном сечении ствола башни:

Mr – изгибающий момент от горизонтальной (ветровой) нагрузки

Мв – изгибающий момент в сечении на расстоянии Z_k от верха фундамента от всех сил Pi, расположенных выше сечения К,

P_i – все вертикальные силы, расположенные выше рассматриваемого сечения (Z_i>Z_k).

f_i и f_k – суммарные отклонения оси ствола от вертикального положения:

f_i1 = (Z_i + h_ф) tgθ — горизонтальные отклонения, обусловленные креном фундамента.

f_i2 – горизонтальные перемещения оси ствола от внешних воздействий (ветровой нагрузки) при условии, что материал башни работает в упругой стадии.

f_i3 – горизонтальные перемещения оси ствола башни от одностороннего нагрева солнечной радиации.

Рис.9.4 Расчётная схема Останкинской телебашни.

а – горизонтальная ветровая нагрузка;

б – вертикальная нагрузка;

в – деформации оси ствола башни.

Устойчивость положения башни проверяется на опрокидывание относительно оси, перпендикулярной плоскости действия опрокидывающего момента. Ось проходит через точку А, перпендикулярно плоскости чертежа.

Необходимо выполнить условие:

М_уд – удерживающий момент;

М_опр – опрокидывающий момент;

R_w – равнодействующая ветровой нагрузки.

10. Расчетные модели.

Расчётная модель — это геометрическая схема конструкции с действующими нагрузками и данными, характеризующими физико-механические свойства материала. Добавляются предпосылки о виде диаграммы «напряжения-деформации» (рис. 10.1), распределение напряжений или внутренних усилий в элементе конструкции в эксплуатационной стадии или в момент разрушения (рис. 10.2).

Рис. 10.1. Диаграммы «напряжения — относительные деформации»: 1 —для стали с ярко выраженной площадкой текучести; 2 — для бетона; 3 — для высокопрочной проволоки; σ н, R_b — предел прочности; σ у— предел текучести.

Рис. 10.2. Распределение напряжения по высоте сечения в изгибаемом элементе; а — при упругой работе материала; б — при образовании пластического шарни­ра; в— в предельном состоянии железо­бетонной балки; х — высота сжатой зоны; А_s — площадь сечения арматуры.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Основы составления расчетной схемы и определение в механике: простыми словами

В статье рассматривается процесс составления расчетной схемы, его цель, этапы и определение параметров, а также использование программных средств для данной задачи.

Основы составления расчетной схемы и определение в механике: простыми словами обновлено: 22 сентября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

Помощь в написании работы

Введение

В процессе проектирования и расчета деталей машин необходимо составлять расчетные схемы, которые помогут определить параметры и характеристики детали, выбрать методы расчета и применить программные средства для анализа полученных результатов. Составление расчетной схемы является важным этапом проектирования, так как позволяет систематизировать информацию и обеспечить правильность расчетов. В данной лекции мы рассмотрим определение и свойства расчетной схемы, а также этапы ее составления и применение программных средств для анализа результатов.

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Составление расчетной схемы

Составление расчетной схемы является важным этапом проектирования и анализа деталей машин. Расчетная схема представляет собой графическое изображение системы или устройства, включающее все его элементы и связи между ними.

Для составления расчетной схемы необходимо выполнить следующие шаги:

Определение цели и задачи

Перед началом работы необходимо четко определить цель и задачи, которые должна решать расчетная схема. Например, это может быть определение силовых и геометрических параметров системы, расчет напряжений и деформаций, анализ работы узлов и т.д.

Изучение объекта исследования

Для правильного составления расчетной схемы необходимо тщательно изучить объект исследования. Это может включать анализ его конструкции, принципа работы, материалов, из которых он изготовлен, и других факторов, которые могут влиять на его функционирование.

Определение элементов системы

На этом этапе необходимо определить все элементы, которые входят в состав системы или устройства. Это могут быть детали, узлы, механизмы, соединения и другие компоненты. Каждый элемент должен быть четко идентифицирован и иметь свое название или обозначение.

Установление связей между элементами

После определения элементов необходимо установить связи между ними. Это может быть связь посредством силовых элементов, таких как валы, ремни, цепи, или посредством геометрических связей, таких как шарниры, пазы, втулки и т.д. Связи должны быть четко обозначены на расчетной схеме.

Установление направления сил и нагрузок

Для правильного расчета необходимо определить направление сил и нагрузок, которые действуют на систему или устройство. Это может быть сила тяжести, сила трения, сила сжатия или растяжения и другие. Направление сил и нагрузок должно быть указано на расчетной схеме.

Размещение элементов на схеме

Последний этап состоит в размещении элементов на расчетной схеме. Элементы должны быть расположены таким образом, чтобы было удобно проводить расчеты и анализ. При этом необходимо учитывать масштаб схемы и сохранять пропорции между элементами.

После завершения составления расчетной схемы необходимо ее проверить на правильность и адекватность. В случае необходимости можно внести корректировки и дополнения. Расчетная схема является основой для проведения дальнейших расчетов и анализа работы системы или устройства.

Этапы составления расчетной схемы

Составление расчетной схемы является важным этапом проектирования и анализа системы или устройства. Она позволяет визуализировать структуру и взаимосвязи между элементами системы, что упрощает проведение расчетов и анализ работы системы.

Определение цели и задач расчета

Первым шагом при составлении расчетной схемы является определение цели и задач расчета. Необходимо понять, что именно требуется рассчитать или проанализировать, чтобы определить необходимые элементы и параметры системы.

Идентификация элементов системы

На этом этапе необходимо идентифицировать все элементы системы, которые будут участвовать в расчетах. Это могут быть различные детали, узлы, агрегаты или подсистемы. Каждый элемент должен быть обозначен на расчетной схеме.

Определение взаимосвязей между элементами

После идентификации элементов необходимо определить взаимосвязи между ними. Это могут быть механические, электрические или другие типы связей. Взаимосвязи могут быть представлены в виде стрелок, линий или других символов на расчетной схеме.

Установление параметров и характеристик элементов

Для проведения расчетов необходимо установить параметры и характеристики каждого элемента системы. Это могут быть геометрические размеры, масса, мощность, электрические параметры и другие характеристики. Параметры и характеристики должны быть указаны на расчетной схеме.

Выбор методов расчета

На этом этапе необходимо выбрать методы расчета, которые будут использоваться для анализа работы системы. Это могут быть аналитические методы, численные методы или экспериментальные методы. Выбор методов зависит от поставленных задач и доступных ресурсов.

Составление расчетной схемы

После определения всех необходимых параметров и выбора методов расчета можно приступить к составлению расчетной схемы. Элементы системы должны быть расположены на схеме таким образом, чтобы было удобно проводить расчеты и анализ. При этом необходимо учитывать масштаб схемы и сохранять пропорции между элементами.

Проверка и анализ расчетной схемы

После завершения составления расчетной схемы необходимо ее проверить на правильность и адекватность. В случае необходимости можно внести корректировки и дополнения. Расчетная схема является основой для проведения дальнейших расчетов и анализа работы системы или устройства.

Определение параметров и характеристик

Определение параметров и характеристик является важным этапом при составлении расчетной схемы. На этом этапе необходимо определить все необходимые величины, которые будут использоваться в расчетах.

Идентификация элементов системы

Первым шагом является идентификация всех элементов системы или устройства, для которых необходимо определить параметры и характеристики. Это могут быть различные детали, механизмы, узлы и т.д.

Определение геометрических параметров

Для каждого элемента необходимо определить его геометрические параметры, такие как длина, ширина, высота и т.д. Эти параметры могут быть заданы в миллиметрах, сантиметрах или метрах, в зависимости от масштаба системы.

Определение физических параметров

Кроме геометрических параметров, необходимо определить физические параметры элементов. Это могут быть масса, плотность, модуль упругости и т.д. Эти параметры могут быть заданы в килограммах, граммах, паскалях и т.д.

Определение рабочих параметров

Для каждого элемента необходимо определить его рабочие параметры, такие как скорость, угловая скорость, сила, момент и т.д. Эти параметры могут быть заданы в метрах в секунду, радианах в секунду, ньютонах, ньютон-метрах и т.д.

Определение других характеристик

Кроме основных параметров, необходимо определить и другие характеристики элементов, которые могут быть важными для расчетов. Например, это может быть коэффициент трения, коэффициент сопротивления воздуха и т.д.

Все определенные параметры и характеристики должны быть записаны и использованы при составлении расчетной схемы. Это позволит провести точные и надежные расчеты работы системы или устройства.

Выбор методов расчета

При составлении расчетной схемы необходимо выбрать подходящие методы расчета для определения характеристик и параметров системы или устройства. Выбор методов зависит от сложности системы, доступности данных и требуемой точности расчетов.

Аналитические методы

Аналитические методы основаны на использовании аналитических выражений и формул для расчета характеристик системы. Эти методы обычно применяются для простых систем с известными математическими моделями. Преимущество аналитических методов заключается в их точности и возможности получить аналитическое решение. Однако, они могут быть сложными для применения в случае сложных систем или отсутствия точных математических моделей.

Численные методы

Численные методы основаны на использовании численных алгоритмов и приближенных вычислений для определения характеристик системы. Эти методы широко применяются для сложных систем, где аналитическое решение затруднительно или невозможно. Численные методы могут быть основаны на методе конечных элементов, методе конечных разностей, методе Монте-Карло и других. Они позволяют получить приближенное решение с заданной точностью, но требуют больше вычислительных ресурсов и времени.

Экспериментальные методы

Экспериментальные методы основаны на проведении физических экспериментов для определения характеристик системы. Эти методы применяются, когда точные математические модели отсутствуют или недостаточно точны. Экспериментальные методы могут включать измерения, испытания на стендах, моделирование в физическом масштабе и другие методы. Они позволяют получить реальные данные о системе, но могут быть дорогими и требовать больше времени.

При выборе методов расчета необходимо учитывать доступность данных, требуемую точность расчетов, сложность системы и доступные ресурсы. Часто комбинирование различных методов может дать наилучший результат.

Применение программных средств для составления расчетной схемы

Программные средства играют важную роль в составлении расчетной схемы, так как они позволяют автоматизировать процесс и упростить его выполнение. Вот некоторые основные аспекты применения программных средств для составления расчетной схемы:

Выбор подходящего программного обеспечения

Существует множество программных средств, специально разработанных для составления расчетных схем. При выборе программного обеспечения необходимо учитывать его функциональность, возможности моделирования и анализа, а также его совместимость с другими инструментами, которые вы планируете использовать.

Создание геометрической модели

Программные средства позволяют создавать геометрическую модель системы, которую вы хотите проанализировать. Это может быть модель детали, сборочной единицы или целой машины. Вы можете использовать инструменты для создания и редактирования геометрии, добавления размеров и других характеристик.

Определение свойств материалов

Программные средства позволяют определить свойства материалов, используемых в системе. Вы можете выбрать материал из базы данных или задать его свойства вручную. Это важно для проведения расчетов и анализа поведения системы в различных условиях.

Задание граничных условий

Программные средства позволяют задать граничные условия для системы. Это могут быть ограничения на перемещение, нагрузки, температуру и другие параметры. Задание правильных граничных условий важно для получения достоверных результатов расчетов.

Выполнение расчетов и анализ результатов

После задания всех необходимых параметров и граничных условий, программное средство выполняет расчеты и анализирует результаты. Вы можете получить данные о напряжениях, деформациях, перемещениях и других характеристиках системы. Это позволяет оценить ее работоспособность и принять решения по ее улучшению.

Визуализация результатов

Программные средства позволяют визуализировать результаты расчетов в виде графиков, диаграмм, анимаций и других форматов. Это помогает лучше понять поведение системы и представить результаты в понятном и наглядном виде.

Применение программных средств для составления расчетной схемы значительно упрощает и ускоряет процесс анализа и проектирования системы. Они позволяют получить более точные и надежные результаты, а также сэкономить время и ресурсы.

Проверка и анализ полученной расчетной схемы

После составления расчетной схемы необходимо провести ее проверку и анализ, чтобы убедиться в ее правильности и соответствии поставленным задачам. Этот этап является важным для обеспечения точности и надежности результатов расчетов.

Проверка правильности подбора методов расчета

Первым шагом при проверке расчетной схемы является анализ выбранных методов расчета. Необходимо убедиться, что выбранные методы соответствуют поставленным задачам и позволяют получить достоверные результаты. При этом следует учитывать особенности системы и ее параметры.

Проверка правильности выбора программных средств

Далее следует проверить правильность выбора программных средств для составления расчетной схемы. Необходимо убедиться, что выбранные программы поддерживают необходимые методы расчета и позволяют провести анализ системы с требуемой точностью. Также важно убедиться в правильности установки и настройки программных средств.

Проверка правильности ввода данных

Очень важным шагом при проверке расчетной схемы является проверка правильности ввода данных. Необходимо убедиться, что все параметры и характеристики системы были правильно введены в программу. В случае ошибок или неточностей в данных, результаты расчетов могут быть неправильными или недостоверными.

Проверка корректности результатов

После проведения расчетов необходимо проверить полученные результаты на корректность. Сравните полученные значения с ожидаемыми результатами или с данными из других источников. Если результаты существенно отличаются, возможно, есть ошибки в расчетной схеме или в данных.

Анализ результатов

После проверки корректности результатов следует провести анализ полученных данных. Изучите зависимости между различными параметрами системы, выявите особенности и закономерности. Это поможет лучше понять поведение системы и принять решения по ее улучшению.

Визуализация результатов

Программные средства позволяют визуализировать результаты расчетов в виде графиков, диаграмм, анимаций и других форматов. Это помогает лучше понять поведение системы и представить результаты в понятном и наглядном виде.

Проверка и анализ полученной расчетной схемы позволяют убедиться в ее правильности и достоверности результатов. Это важный этап процесса проектирования и анализа системы, который помогает принять правильные решения и улучшить работу системы.

Свойства расчетной схемы

Расчетная схема является основой для проведения анализа и расчетов в области деталей машин. Она имеет ряд свойств, которые определяют ее эффективность и надежность. Рассмотрим основные свойства расчетной схемы:

Правильность

Расчетная схема должна быть составлена правильно с учетом всех необходимых параметров и характеристик системы. Все элементы и соединения должны быть правильно выбраны и расположены, чтобы обеспечить корректные результаты расчетов.

Надежность

Расчетная схема должна быть надежной, то есть обеспечивать точность и достоверность результатов. Это достигается правильным выбором методов расчета, использованием достоверных данных и проверкой результатов на соответствие ожидаемым значениям.

Гибкость

Расчетная схема должна быть гибкой, то есть способной адаптироваться к изменениям и модификациям системы. Она должна позволять легко вносить изменения в параметры, характеристики и структуру системы, чтобы проводить различные варианты расчетов и анализов.

Эффективность

Расчетная схема должна быть эффективной, то есть обеспечивать достижение поставленных целей с минимальными затратами времени и ресурсов. Она должна быть оптимизирована для проведения расчетов с высокой скоростью и точностью.

Понятность

Расчетная схема должна быть понятной и доступной для понимания. Она должна быть представлена в понятной форме с использованием графических элементов, символов и обозначений. Это помогает легко интерпретировать и анализировать результаты расчетов.

Все эти свойства важны для успешного проведения расчетов и анализа в области деталей машин. Они обеспечивают надежность и точность результатов, а также удобство работы с расчетной схемой.

Таблица сравнения методов расчета

• Позволяет учесть сложные геометрические формы
• Дает возможность анализировать различные типы нагрузок
• Позволяет учесть нелинейные свойства материалов

• Требует больших вычислительных ресурсов
• Требует определенных навыков для правильной постановки задачи

• Прост в реализации и понимании
• Требует меньше вычислительных ресурсов по сравнению с методом конечных элементов

• Ограничен возможностью учета сложных геометрических форм
• Не всегда точен при аппроксимации производных

• Дает точное решение при условии применимости аналитических формул
• Не требует вычислительных ресурсов

• Ограничен возможностью учета сложных геометрических форм и нелинейных свойств материалов
• Не всегда возможно найти аналитическое решение

Заключение

Составление расчетной схемы является важным этапом проектирования деталей машин. Она позволяет определить параметры и характеристики детали, выбрать методы расчета и применить программные средства для составления схемы. Проверка и анализ полученной расчетной схемы позволяют убедиться в ее правильности и эффективности. Расчетная схема должна быть надежной и точной, чтобы обеспечить безопасность и надежность работы детали машины.

Основы составления расчетной схемы и определение в механике: простыми словами обновлено: 22 сентября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

2.1. Составление расчетной схемы

Сначала составляется расчетная схема замещения исследуемой электрической системы. При этом параметры ее отдельных элементов: генераторов, трансформаторов, ЛЭП, нагрузок и т.д. приводятся к одной ступени напряжения, принятой за базисную.

Далее, принимая во внимание возможности модели, путем эквивалентирования и упрощений составляется расчетная схема.

Если рассматриваемая система относительно проста и может быть набрана на расчетном столе, то расчетная схема будет иметь конфигурацию схемы замещения системы.

2.2. Выбор масштабов

Масштабы моделирования – это коэффициенты, связывающие параметры системы и параметры режима в оригинале и в модели. Они выбираются предварительно, до набора расчетной схемы на стенде. При этом для повышения точности измерения желательно выбирать масштабы такими, чтобы токи в расчетной схеме, собранной на стенде, были бы возможно большими, но не превышали максимальных величин, допускаемых конструкцией элементов стенда.

Под масштабными коэффициентами m, или сокращенно масштабами, понимается отношение параметра оригинала к соответствующему параметру модели

Оригиналом для моделирования в данном случае всегда является однофазная схема замещения трехфазной электрической системы. Масштабы моделирования для параметров U, I, ZиSмогут быть определены следующим образом:

m_U = U_ор./3 U_мод.;m_I = I_ор./ I_мод.;m_Z = Z_ор./ Z_мод.;m_S = S_ор./ 3S_мод..

В силу известных соотношений для оригинала:

S_ор. = 3 U_ор. I_ор.;Z_ор. = U_ор./3 I_ор.;

S_мод. = U_мод. I_мод.;Z_мод. = U_мод./ I_мод.,

видно, что произвольно следует выбирать два из четырех упомянутых масштабов. Тогда остальные два масштаба вычисляются по формулам. Например:

1. Принимаются m_U,m_I.

Вычисляются m_S=m_Um_I;m_Z=m_U/m_I.

1. Принимаются m_U,m_S.

Вычисляются m_I=m_S/m_U;m_Z=m_U/m_I;m_Z=m_U2/m_S. Указанные масштабы должны выбираться так, чтобы соответствующие параметры расчетной схемы не превышали максимальных величин, допускаемых конструкцией элементов стенда:

1. Величина ЭДС генераторной станции Е_доп= 80 В;
2. Допустимый ток для любого элемента I_доп.= 0,3 А;
3. Максимально допустимая мощность, выдаваемая генераторной станцией Р_макс..= 20 – 25 Вт;
4. Номинальное напряжение расчетной модели U_{мод.ном.}= 50 В.

Для выбора масштаба тока исходят из наибольшего предполагаемого тока в анализируемой системе m_II_{системы}/I_{мод.доп.}, кА/А или о.е./А . Масштаб по напряжению должен учитывать максимально возможное напряжение в узлах схемы модели и оригинала. Обычно: m_UU_баз.ор./U_{ном.мод..}, кВ/В или о.е./В , где U_баз.ор.– принятое расчетное базисное напряжение. После выбора масштабных коэффициентов производится перерасчет параметров элементов расчетной схемы к параметрам модели П_мод.= П_ор./m_п. Результаты пересчета указываются на расчетной схеме.

1. Пример составления расчетной схемы и определения параметров ее элементов

Т В качестве примера рассмотрим электрическую систему, принципиальная схема которой показана на рис.1 (Лабораторная работа №1). ЭС Л P_н,cos_н L Рис.1. Принципиальная схема электрической системы. Составляем схему замещения электрической системы (рис.2) R_л+jX_лZ_тU_эсjjR_нjX_н Рис.2. Схема замещения электрической системы Исходные данные: 1. Напряжение на шинах высшего напряжения ЭС: U_эс= 230 кВ . 2. Параметры линии электропередачи: U_ном.= 220 кВ;L= 210 км;n_ц= 2. Марка провода – АС — 300/48; r₀= 0,096 Ом/км;х₀= 0,4 Ом/км; b₀= 2,7610 -6 См/км. 3. Параметры понижающих трансформаторов: 2 ТРДЦН-160000/220; S_ном.= 160 МВА;к_T= 230/11/11;u_к= 12%. 4. Параметры нагрузки: Р_ннб = 220 МВт;cos_н= 0,85;_н= Р_ннм/ Р_ннб = 0,4. 5. Масштабные коэффициенты (масштабы): m_U= 4кВ ор./В мод.; m_Z= 0,16 Ом ор./Ом мод. Расчет параметров схемы замещения электрической системы: Сопротивление рассеяния обмоток трансформаторов: Ом . Активными потерями в трансформаторах и потерями на корону в линии пренебрегаем. Параметры схемы замещения линии: Ом . См. ;мкФ, где f = 200 Гц – номинальная частота расчетной модели. Расчет параметров элементов модели согласно заданным масштабным коэффициентам m_Uиm_Z : х_Тмод.=Ом . z_Лмод.=Ом . с_Лмод.= с_Лm_Z= 0,460,16 = 0,0736 мкФ. В послеаварийном режиме, при отключении одной цепи линии, ее параметры становятся равными: z_Лмод.= 2(63 +j262,5) = 126 +j525 Ом ; с_Лмод.= 0,0736 / 2 = 0,0368 мкФ. Напряжение на шинах высшего напряжения электростанции: U_ЭСмод.=U_ЭС/m_U= 230 / 4 = 57,5 В. Напряжение в узле нагрузки, приведенное к ступени 220 кВ: U_нагр.220=U_нагр.к_T= 10230/11 = 209,1 кВ U_{нагр.мод.}=U_нагр./m_U= 209,1/4 = 52,3 В Расчет масштабного коэффициента по мощности: МВА ор./ВА мод. Тогда мощность нагрузки в режиме наибольших нагрузок и послеаварийном режиме на модели равна: Р_{нагр.мод}нб= Рнб_нагр./m_S= 220 / 100 = 2,2 Вт; Q_{нагр.мод}нб =Р_{нагр.мод}нбtg_н= 1,36 вар. В режиме наименьших нагрузок: Р_{нагр.мод}нм=0,4 Р_{нагр.мод}нб=0,88 Вт; Q_{нагр.мод}нм = 0,54 вар. Далее составляется расчетная схема (блок-схема) для набора на универсальной модели (рис.3).

Л24	Л13	Н12
12	RЛмод.= 63 Ом	13	22	Рнагр.мод нб = 2,2 Вт
Г1	ХЛмод.= 262,5 Ом	ХТмод.= 124 Ом	Qнагр.мод нб = 1,36 вар
СЛмод.= 0,46 мкФ	Rнагр.=
Хнагр.=

1. Трансформатор моделируется линейным элементом Л13, не содержащим емкостей.
2. Сопротивления R_ниХ_н, которыми моделируется нагрузка, должны быть соединены параллельно, а их значения записываются после установки режима нагрузки по величине ее активной и реактивной мощности.
3. Для исследования режима наименьших нагрузок корректируются параметры нагрузки (Н12); для исследования послеаварийного режима корректируются параметры линии (Л24). Возможно, также, при экспериментах использование 2-х нагрузочных элементов и 2-х линейных элементов, последовательно включая и выключая их в соответствии с режимом.

2. Создание расчетной схемы

Ознакомимся теперь с созданием расчетных схем различного вида конструкций, реализованных как параметрические прототипы, рассмотрим возможности их модификации, а также остановимся на вопросах сборки сложных расчетных схем из подготовленных фрагментов.

Большинство операций формирования этих схем сосредо­точено в разделе Схема инструментальной панели (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Раздел Схема инструментальной панели препроцессора

В этом разделе можно выполнить:

– рамные конструкции;

– схемы продольного каркаса;

– плоские шарнирно-стержневые системы;

– плоская ортогональная сетка конечных элементов;

– балочные ростверки;

– типовые поверхности вращения;

– поверхности вращения, заданные аналитически;

– оболочки, заданные аналитически;

– создание координационной сетки;

–геометрические преобразования;

– копирование схемы;

– копирование фрагмента схемы;

– удаление схемы;

– сборку схемы из нескольких схем;

– триангуляцию плоской области.

2.1 Расчетные схемы стержневых конструкций

В комплексе реализованы различные способы создания расчетных схем стержневых конструкций, в том числе: путем последовательного ввода узлов и элементов; генерации схемы по параметрическим прототипам конструкций (рамы, фермы, поверхности вращения и аналитически заданные поверхности, балочные ростверки); ввода схемы, описанной в текстовом формате на входном языке.

Пространственные многопролетные многоэтажные рамы

В разделе 1.2 была сформирована расчетная схема плоской многопролетной многоэтажной рамы. Сейчас рассмот­рим формирование пространственных стержневых систем. В основе этой операции лежит принцип дублирования расположенной в плоскости XoZ правой декартово системы координат XYZ поперечной конструкции плоской рамы (поперечника) с заданным шагом в направлении оси Y. При этом продольные конструкции образу­ются путем порождения стержней в направлении оси Y из каждого узла поперечной конструкции. В простейшем случае, если принять, что в качестве прототипа использована сформированная нами ранее рама, то после 5-кратного дубли­ро­вания ее с шагом 6 м формируется схема, изображенная на рис. 2.1.1.

Рис. 2.1.1. Расчетная схема, полученная путем

5-кратного дублирования рамы в направлении оси Y.

Для выполнения этой операции в разделе Схема предусмотрена специальная кнопка , при нажатии которой открывается диалоговое окноСхема продольного каркаса (рис. 2.1.2). В этом окне вводится шаг дублирования и количество повторений (шаг может быть переменным), а также назначаются жесткостные характеристики введенных в направлении оси Y стержней (кнопка Ригели). Для выполне­ния последней операции используется уже знакомое из пред­ы­ду­­щего раздела окно Жесткости стержневых элементов.

После задания данных в окне Схема продольного каркаса и нажатия кнопки ОК выполняется генерация расчетной схемы (рис. 2.1.1).

Обратите внимание, что операция дублирования выполняется только для стержневых конструкций, поперечное сечение которых сформировано с помощью параметрического прототипа. Для дублирования произвольных стержневых систем используются специальные функции, которые будут рассматриваться ниже.

Конечно, в реальном проектировании подобные регулярные конструкции встречаются редко. Для того чтобы учесть фактическую нерегулярность и модифицировать расчетную схему в комплексе, предусмотрены операции по удалению, дополнению и переносу узлов и элементов, назначению абсолютно жестких вставок, изменению ориентации местных осей элементов и т.п. Позже мы познакомимся с ними. А сейчас продолжим рассмотрение средств создания расчетной схемы на примере одноэтажной многопролетной рамы.

Рис. 2.1.2. Диалоговое окно Схема продольного каркаса

Рис. 2.1.3. Диалоговое окно Одноэтажная рама

Пространственные одноэтажные рамы

Вернемся к разделуСхема инструментальной панели и после нажатия кнопки Генерация прототипа рамы выберем в диалоговом окне Выбор конфигурации рамы (см. рис. 1.2.1) тип, изображенный слева. В диалоговом окне Одноэтажная рама (рис. 2.1.3) зададим параметры расчетной схемы. Обратите внимание, что для этого класса конструкций наряду с вводом уже знакомых нам жесткостных характеристик элементов схемы и связей предусмотрена возможность задания таких данных, как уклоны ригелей, высотное и плановое положение опор подкрановых балок.

Зададим эти характеристики и сгенерируем схему, изображенную на рис. 2.1.4.

Для моделирования опирания подкрановых балок на крайних колоннах в расчетной схеме предусматривается смещение осей подкрановой части колонны относительно надкрановой части с использованием жестких вставок. На средних колоннах вводятся промежуточные узлы и выбор способа моделирования опирания подкрановых балок (введение консолей, приведение нагрузок к центральному узлу и т.п.) остается за пользователем. Для того чтобы отобразить на схеме жесткие вставки, воспользуемся кнопкой фильтров . Так как жесткие вставки вводятся по направлению местной оси Z₁ элемента, то при отключенной кнопке фильтра элементы, моделирующие надкрановую часть колонны, будут отображаться под углом.

Рис. 2.1.4. Расчетная схема поперечной одноэтажной рамы

Рис. 2.1.5. Диалоговое окно Схема продольного каркаса для одноэтажных рам

Аналогично тому, как мы формировали пространственную схему многоэтажной конструкции, воспользуемся кнопкой в разделеСхема и зададим параметры дублирования поперечника. Эти операции выпол­няются в диалоговом окне (рис. 2.1.5). Обра­ти­те внимание, что в этом случае задаются жесткостные характе­ристики для двух видов стержней, связывающих поперечные рамы, если не преду­сматривается моделирование подкрановых балок, или трех видов ‑ если подкрановые балки введены в модель. В первом случае стержни будут соединять верхние узлы колонн и точки перегиба балок покрытия, во втором ‑ добавятся стержни, соединяющие узлы на отметках подкра­новых балок.

Полученная в результате схема показана на рис. 2.1.6.

Рис. 2.1.6. Расчетная схема, полученная путем 4-кратного

дублирования рамы (рис. 2.1.4) в направлении оси Y

Формирование плоских шарнирно-стержневых систем

Рис. 2.1.7.Диалоговое окно Конфигурация поясов фермы

Рис. 2.1.8. Диалоговое окно Параметры фермы

Для формирования расчетной схемы фермы можно воспользоваться имеющейся в комплексе библиотекой параметрических прототипов, как нам кажется, наиболее часто используемых ферм. Выбор прототипа фермы осуществляется по двум параметрам ‑ очертанию поясов и схеме решетки. После нажатия кнопки в разделе Схема открывается диалоговое окно Конфигурация поясов фермы (рис. 2.1.7), в котором выбирается прототип фермы по очертанию поясов.

В этом окне следует активизировать опцию с наименованием нужного прототипа и нажать кнопку ОК. В результате откроется диалоговое окно Параметры фермы (рис. 2.1.8), где и производится окончательный выбор прототипа и задание его параметров. Если параметры фермы заданы корректно, то после нажатия кнопки ОК на экран будет выведена схема.

Обратите внимание, что при задании параметров фермы допускается два варианта определения панелей – указанием их количества или длины. В первом случае все панели будут иметь одинаковую длину, во втором, ‑ если длина фермы не кратна длине панели, крайние панели укорачиваются.

В отличие от функции генерации расчетных схем по прототипам рамных конструкций при формировании шарнир­но-стержневых систем отсутствует операция назначения жесткостей элементам схемы. Это связано с разнообразием сечений эле­мен­тов в системах такого класса. Для задания жесткостей следует воспользоваться соответствующими функциями в разделе Назначение.

Формирование расчетной схемы балочного ростверка

Рис. 2.1.9.Генерация балочного ростверка

Для формирования расчетной схемы балочного ростверка воспользуемся соответствующей функцией в разделе Схема. Аналогично другим прототипам стержневых конструкций исходные данные для этого вида схем задаются в “своем” диалоговом окне (Рис. 2.1.9). Не будем подробно останав­ливаться на правилах задания исходных данных, так как они не отличаются от ввода характеристик рам. Отметим только, что при формировании схемы балочного ростверка предусмотрена возможность создания схем двух конфигураций – открытой по контуру и замкнутой (Рис. 2.1.10 и 2.1.11, соответственно). Выбор конфигурации схемы выполняется с помощью соответ­ствующих кнопок, расположенных в правой части окна.

Рис. 2.1.10. Пример открытого по контуру ростверка Рис. 2.1.11. Пример замкнутого по контуру

Создание схемы, используемой в качестве подконструкции

Рис. 2.1.12. Окно сообщений Рис. 2.1.13. Диалоговое окно Результат генерации схемы

Если режим формирования расчетной схемы параметрической конструкции активизируется на фоне уже существующей схемы, то появляется окно сообщений (рис. 2.1.12), в котором предлагается выбрать вариант продолжения работы:

• удалить текущую схему и создать новую (кнопка Да/Yes);
• использовать новую схему в качестве дополняющей подсхемы (кнопка Нет/No).

В первом случае новая схема заменяет ранее сформированную. В случае выбора второго варианта после задания параметров расчетной схемы появляется диалоговое окно Результат генерации схемы (рис. 2.1.13). В этом окне предусмотрены опции Сохранить как схему и Вызвать режим сборки. Активизация первой опции обеспечивает сохранение новой схемы в виде самостоятельного проекта, имя которого вводится в соответствующем поле. Если выбрана вторая опция, то после подтверждения назначений кнопкой ОК автома­тически вызывается режим сборки, в котором новая схема выступает в качестве подконструкции (подсхемы) ранее созданной схемы. Обе опции можно использовать одновременно. Плоские стержневые системы Рассмотрим процесс формирования расчетных схем стержневых конструкций, образно говоря, с “нуля”. При этом не будут использованы применявшиеся в предыдущем разделе параметрические прототипы. Последовательно, шаг за шагом, сформируем расчетную схему, используя для этого функции ввода узлов и элементов. Активизируем закладку инструментальной панели Узлы и элементы, где две кнопки –Узлы и –Элементы имеют еще незнакомое нам свойство. После нажатия одной из них в разделе раскрывается набор кнопок, управляющих работой с Узлами или Элементами. Так как ввести элементы, не привязывая их к узлам, невозможно, начнем с ввода узлов. Ввод узлов Рис. 2.1.14. Диалоговое окноВвод узловНажмем кнопку Узлы и выберем в установившемся наборе кнопок функцию Ввод узлов. В правом верхнем углу рабочего поля открывается диалоговое окно Ввод узлов (рис. 2.1.14). С помощью функций этого окна можно ввести один узел или группу узлов, расположенных на одинаковом расстоянии один от другого, т.е. с заданным шагом повторения. Для ввода одного узла достаточно задать его координаты в полях левой части окна и нажать кнопку Добавить. Если активен фильтр Узлы(в противном случае вводимые узлы не будут отображаться на экране), после каждого нажатия кнопкиДобавить на экране будет появляться новый узел. Наличие повторителя позволяет вводить сразу группу узлов. Для ввода группы узлов следует:

• в полях ввода координат ввести координаты первого узла группы (X, Y, Z);
• активизировать режим Повторить;
• ввести количество повторений в поле N;
• в полях ввода приращений координат ввести значения шага повторения в одном или нескольких направлениях (dX, dY, dZ);
• нажать кнопку Добавить.

Так как диалоговое окно занимает часть экрана, то в процессе ввода узлов рабочее поле экрана несколько умень­шается, что исключает попадание новых узлов под диалоговое окно. После завершения операций ввода следует нажать кнопку Закрыть. Диалоговое окно закроется и изображение будет вновь занимать все рабочее поле. Ограничений на коли­чество обращений к функции Ввод узлов нет. Если операцию надо повторить, следует опять нажать на кнопку Ввода узлов в инструментальной панели. После того, как все или часть узлов введены, можно приступить к вводу элементов. Ввод элементов Рис. 2.1.15. Расчетная схема трехпролетной одноэтажной рамы Нажмите кнопку Элементы и тем самым раскройте набор кнопок, управляющих работой с элементами. Для ввода стержневых элементов используется кнопка Ввод стержней. Активизируйте эту кнопку и установите курсор с мишенью на первый узел вводимого элемента. Нажмите левую кнопку мыши и протяните “резиновую нить” до второго узла. Вторичным нажатием левой кнопки в области второго узла зафиксируйте ввод элемента. Последовательно повторяя описанные выше действия, введите другие элементы. Если в процессе ввода возникнет проблема точного указания курсором на узел, то прицел курсора можно “загрубить”. Для этого, нажав на правую кнопку мыши, вызовите окно Выбор узлов и элементов (см. рис. 1.2.8) и в группе кнопок установки точности назначьте новое значение, отличное от нуля (см. раздел Выбор узлов и элементов в главе 3). Сейчас, основываясь на полученной информации, попробуем создать простую расчетную схему из стержневых элементов, например, трехпролетную одноэтажную раму, изображенную на рис. 2.1.15. В приведенной ниже таблице иллюстрируется порядок выполнения операций в диалоговом окне Ввод узлов (см. рис. 2.1.14), который был использован при формировании этой схемы.

X	Y	Z	Признак	dX	dY	dZ	N	Действие
0.0	0.0	0.0	Повторить	24.0	0	0	3	Добавить
0.0	0.0	12.2	Повторить	24.0	0	0	3	Добавить
24.0	0.0	15.2	–	Добавить
48.0	0.0	15.2	–	Добавить

После задания узлов можно перейти к вводу элементов. При вводе вертикальных стержневых элементов желательно придерживаться такого порядка отметки узлов, при котором первым назначается нижний узел. В этом случае местная ось элементов Х₁ будет направлена вверх. Вы, наверное, обратили внимание, что при формировании схемы использовались только две из множества функций раздела Узлы и Элементы. Здесь не ставилась цель изучения этих функций. Им будет уделено особое внимание, так как с их помощью можно сформировать и модифицировать схемы самых сложных конструкций.