Автоматизация прочностных расчетов в SCAD оболочек — моделей, созданных в AutoCAD
Расчетные схемы метода конечных элементов для прочностного расчета и проектирования оболочек для большого количества их применений можно создавать средствами AutoCAD. Такие модели формируются в AutoCAD в виде сетей с помощью соответствующих команд AutoCAD, имеющих некоторые ограничения. Сети после расчленения командой _EXPLODE (РАСЧЛЕНИТЬ) будут состоять из примитивов 3DFACE — произвольных 3D-четырехугольников, для которых имеется геометрический аналог — конечный элемент в системах расчета по методу конечных элементов. Для прочностного расчета по МКЭ созданных таким образом оболочек удобно использовать комплекс программ SCAD, имеющий возможность представления исходных данных в текстовом формате.
Создание моделей оболочек в AutoCAD — это легкая, а зачастую и увлекательная операция. Количество разбиений на элементы при моделировании сетей может быть задано пользователем с помощью системных переменных AutoCAD. Система SCAD имеет собственные средства параметрического создания оболочек. Однако возможности AutoCAD позволяют решить задачи формирования моделей оболочек, недоступные в SCAD. В таком случае для прочностного расчета в SCAD на помощь может прийти методика, изложенная в данной статье. Эта методика распространяется на две разновидности оболочек.
Первая из них — это оболочки-сети соединения четырех кромок, которыми могут быть отрезки, дуги, сплайны, а также разомкнутые двумерные и трехмерные полилинии. Кромки должны смыкаться в конечных точках и топологически образовывать прямо-угольный контур.
Вторая разновидность — это оболочки-сети вращения отрезка, дуги, круга, 2D- или 3D-полилинии относительно выбранной пользователем оси. При этом получается контур, топологически похожий на кольцо.
На рис. 1-6 приводятся примеры сформированных в AutoCAD моделей оболочек и полученных для них в SCAD результатов прочностного расчета.
На примере оболочки, показанной на рис. 1, рассмотрим действия по созданию сетейоболочек, а также описание алгоритма программы, реализованной на языке AutoLISP. Оболочкасеть этого примера образована соединением двух подобных полилиний, расположенных по торцам оболочки и состоящих из линейных и дуговых сегментов, а также из двух отрезков, соединяющих конечные точки полилиний. Количество разбиений сети: 64 ряда по 64 элемента вдоль образующих.
Программа AutoLISP считывает из базы данных AutoCAD координаты узлов примитивов 3DFACE сети и формирует из них список — одномерный массив координат.
Рис. 1. Сеть соединения для модели оболочки, сформированная в AutoCAD
Рис. 2. Поля моментов Мх для оболочки рис. 1, полученные в SCAD. Оболочка загружалась вертикальной распределенной нагрузкой
Далее программа формирует еще один список — одномерный массив топологии, заполняя его номерами узлов по параметрическим формулам, используя разбиение топологического прямоугольника на ряды и столбцы. Затем по полученным массивам программа формирует текстовый файл данных SCAD. Такие данные, кроме общей информации документа 0, могут содержать только документ 1 — описание топологии конструкции и документ 4 — координаты узлов конструкции. Остальные данные для выполнения прочностного расчета — опорные закрепления, жесткости элементов, нагрузки — можно ввести в интерактивном режиме в сеансе работы в SCAD или дописать в файл с помощью дополнительных процедур программы AutoLISP. Один из графических результатов расчета в SCAD показан на рис. 2. Кроме прочностного расчета по МКЭ, SCAD имеет много возможностей для инженерного проектирования.
На рис. 3 и 4 показана оболочка — модель многокупольного покрытия. Сеть в AutoCAD для этого примера, образована четырьмя одинаковыми контурными полилиниями, состоящими из последовательности линейных и дуговых сегментов. Полилинии повернуты в пространстве на 90° и соединены в конечных точках, образуя замкнутый контур. Количество разбиений сети: 120 на 120 элементов.
Рис. 3. Тонированное изображение в AutoCAD сети соединения — модели оболочки
Рис. 4. Поля перемещений вдоль вертикальной оси для оболочки рис. 3, полученные в SCAD. Оболочка имеет шарнирные закрепления в 16 точках, загружалась вертикальной распределенной нагрузкой
На рис. 5 и 6 показана оболочка — модель гофрированной трубы, сеть образована вращением сплайна — примитива AutoCAD. Количество разбиений: 100 на 100.
Рис. 5. Полученное и раскрашенное по Гуро в AutoCAD изображение модели оболочки — сети вращения
Рис. 6. Результат расчета в SCAD оболочки, показанной на рис. 5, — поля напряжений. Sх — верх. Оболочка загружена радиальным, распределенным по всей поверхности давлением
Используя методику и программное обеспечение, разработанное автором данной статьи, можно в короткое время выполнить моделирование оболочек — сетей AutoCAD и с помощью разработанной программы AutoLISP получить текстовый файл исходных данных для прочностного расчета в системе SCAD.
