搜索截面特性值計算器 SPC 的使用說明
2016-11-27 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
SPC是“截面特性值計算器—Sectional Property Calculator”的縮寫。
? 以往的程序只能以Line或Plane一種形式來模擬截面形狀,在SPC中用戶可以根據(jù)需要任意選定Plane形式的截面或Line形式的截面來模擬截面形狀。
? Plane形式的截面
畫完輪廓之后,在 Generate 里選擇Plane Type,程序會按照輪廓所指定的 Plane范圍自動生成截面。計算截面特性值時,程序會通過網(wǎng)格自動生成功能在截面的Plane范圍內(nèi)生成網(wǎng)格之后,利用該網(wǎng)格計算各特性值。計算抗扭剛度時,首先利用有限元方法計算 Prandtl的應(yīng)力函數(shù),通過對應(yīng)力函數(shù)進(jìn)行積分計算抗扭剛度。
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<圖 1-(1)> 生成Plane截面的過程
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<圖 1-(2)> 生成Line截面的過程
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建立截面的輪廓
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生成Plane截面
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利用網(wǎng)格進(jìn)行計算
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利用有厚度的線建模
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生成/計算Line截面
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對于薄壁截面,可先指定線的厚度畫出截面形狀之后,在Generate里選擇Line Type生成截面。顯示Line Type的線必須有厚度,因為程序是利用此厚度計算截面特性的。Line截面的抗扭剛度是根據(jù)剪力流(Shear Flow)計算的。
MIDAS/Civil和Gen數(shù)據(jù)庫中提供的規(guī)則截面的抗扭剛度計算方法參見附錄一。
對于MIDAS/Civil和Gen數(shù)據(jù)庫中提供的規(guī)則截面,利用 MIDAS/Civil、Gen的截面特性計算功能計算截面特性值比SPC更好一些。
MIDAS/Civil和Gen數(shù)據(jù)庫中提供的PSC截面,當(dāng)用戶輸入的截面屬于薄壁型截面時,應(yīng)使用本截面特性值中的Line方式重新計算抗扭剛度,然后在截面特性值增減系數(shù)中對抗扭剛度進(jìn)行調(diào)整。
對于Plane形式的截面,程序是通過有限元法來近似計算抗扭剛度的。在抗扭問題里使用的近似求解法有Ritz法 (或者Galerkin法)、Trefftz法,所有的近似求解都與實際結(jié)果多少有點誤差,其特征如下:
JRitz ￡ JExact ￡ JTrefftz
像SPC一樣利用有限元法近似地計算抗扭剛度時,通常使用Ritz法, 故其計算結(jié)果有可能比實際的抗扭剛度小。用戶可通過加大網(wǎng)格劃分密度方法來提高結(jié)果的精確度。
對于Line形式的截面, 如薄壁截面,線的厚度很薄時幾乎可以準(zhǔn)確地計算其抗扭剛度。但是如果是閉合截面(無開口截面),這種計算方式會導(dǎo)致其抗扭剛度的計算結(jié)果隨著線厚度的增加而變小,所以對于不是薄壁截面的閉合截面應(yīng)盡量避免使用Line的方式計算截面特性。
在SPC中對薄壁閉合截面,對閉合部分一定要使用model>closed loop>Register指定閉合。
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<圖 2> 將DXF文件中的截面形狀導(dǎo)入后,生成截面并進(jìn)行排列
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SPC可以在一個窗口里任意的建立很多個截面,并分別進(jìn)行分析,且可根據(jù)名稱、位置、截面特性值等可以很方便地對截面進(jìn)行搜索及排列
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截面列表
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換算的基準(zhǔn)材料 (聯(lián)合截面時)
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截面的形狀、形心位置、基準(zhǔn)材料部分
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單位體系
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截面特性 - 面積 (Area: 聯(lián)合截面時為有效面積) - 截面慣性矩 (Ixx, Iyy) - 截面慣性積 (Ixy) - 抗扭剛度 (J) - 從形心到各方向最外端的距離
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顯示截面排序的方法
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表示聯(lián)合截面
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<圖 3> 輸出截面特性對話框
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SPC計算的截面特性值如下:
? 在SPC里建立的截面可以通過以下文件形式輸出。
MIDAS/Civil [Gen]的 MCT [MGT]文件
此時無法導(dǎo)出具體的截面形狀,而是按MIDAS/Civil [Gen]截面數(shù)據(jù)庫中的“數(shù)值”形式建立一個正方形,其邊長為截面有效面積的平方根。另外,SPC不提供截面的周長、剪切面積、剪切系數(shù)的計算結(jié)果,這些值均按0處理。
AutoCAD DXF 文件
在SPC里建立的截面形狀可以輸出DXF格式的文件。在截面的形心位置會自動生成點。
文本文件
各種截面特性值在文本文件里以表格形式輸出。除輸出SPC所計算的截面特性以外,還輸出截面抵抗拒(Section Modulus: Z=I/c)。
8 SPC的建模窗口為x-y平面, 構(gòu)件的縱向為z軸。由SPC輸出的MIDAS/Civil(Gen)的MCT(MGT)文件中,程序會自動轉(zhuǎn)換坐標(biāo)軸。但是當(dāng)用戶在MIDAS/Civil(Gen)中手工直接輸入利用SPC計算的截面特性值時,應(yīng)注意相對應(yīng)的坐標(biāo)軸。
操作環(huán)境
SPC所提供的各種工具條可以通過Tools>Customize來設(shè)定是否顯示, 并利用鼠標(biāo)的拖放功能方便地設(shè)定其位置,在樹形菜單、工具條、關(guān)聯(lián)菜單里提供了所有與SPC的建模及截面計算相關(guān)的功能,用戶可以很方便地調(diào)出各項功能來進(jìn)行建模和計算。
設(shè)定單位體系、顯示/隱藏模型信息、設(shè)定顏色等可在工具條里點擊 (Setting), 或者在Tools>Setting進(jìn)行 General
Tolerance
在這里指定容許誤差。一般情況下,程序會根據(jù)設(shè)定的單位體系自動進(jìn)行合理的調(diào)整。
Unit System
在這里指定單位體系。如果更改單位體系,會出現(xiàn)如下的對話框, 如點擊
“是(Y)”,所有的數(shù)據(jù)會按照指定的單位體系而自動的進(jìn)行換算、更改。
? Display
Section
-Name: 在操作窗口中顯示截面名稱。
-Material: 對于聯(lián)合截面來說,顯示各部分指定的材料。
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<圖 7> 聯(lián)合截面的各部分輸出的材料信息
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材料號和名稱
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材料號和名稱 表示換算截面的基準(zhǔn)截面
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-Width: 表示線的厚度。
-ID: 在操作窗口中顯示線的編號。
Point
-Display:在操作窗口中顯示點。
-ID: 在操作窗口中顯示點的編號。
Closed Loop
-Display: 在操作窗口中顯示封閉曲線。
-ID: 在操作窗口中顯示封閉曲線的編號。
Coordinate Axis
-Display: 在操作窗口中顯示當(dāng)前坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸。
? Color
View
-Selected Entity: 指定被選擇個體的顏色。
-Background: 指定操作窗口的背景顏色。
Closed Loop
指定封閉曲線的顏色。
Curve
-Normal: 指定線的顏色。對于有厚度的線指定的是線外輪廓的顏色。
-Width: 指定有厚度的線的厚度部分的顏色。
-Calculated Section
指定完成截面計算后所構(gòu)成的線的顏色。
通過此顏色可以一目了然的區(qū)別已進(jìn)行截面計算的截面和未進(jìn)行計算的截面。
Point
-Normal: 指定點的顏色。
-Centroid
如進(jìn)行截面計算,程序會自動在各截面的形心處生成點。此功能用于指定該點的顏色。
SPC具有以下選擇功能:
Select
對個體進(jìn)行選擇或解除選擇。
可以通過點擊一個對象進(jìn)行選擇;若對多個對象進(jìn)行選擇,可以按住 [Ctrl] 鍵逐個點擊對象進(jìn)行選擇或者是通過移動鼠標(biāo)進(jìn)行選擇——在鼠標(biāo)所設(shè)定的四邊形的對角線的范圍內(nèi)的全部個體或部分個體會被選擇。
如若再次點擊已被選中的個體,則其將被解除選擇。.
Previous Selection
選擇之前選過的個體。
Newcomer Selection
選擇最新建立的個體。
Select Group
選擇在組目錄中指定的組所包含的個體。點擊Select Group圖標(biāo)對其激活后,在組目錄中選擇所要指定的組,其所包含的個體皆被選中。
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點擊Select Group圖標(biāo) 所激活的選擇組的目錄
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8 在使用SPC選擇功能時,即使通過窗口選擇全部個體,也將根據(jù)當(dāng)前所調(diào)出的命令(如修改線寬),也只有能適用該命令的個體才能被選中。在當(dāng)前沒有調(diào)出任何菜單時可以對全部的個體進(jìn)行選擇。
8 SPC還提供可根據(jù)點、線、面各種不同的條件來選擇個體的Pick功能。
操作例題 - 1
對<圖8>所示的截面以Plane截面和Line截面兩種方式建模并進(jìn)行截面計算。
因為截面對x軸和y軸是對稱的,所以只要建立左側(cè)上端的1/4部分,然后通過對稱復(fù)制就可以建立整個截面。
首先,點擊工具條的 (Setting)圖標(biāo)在General里將單位設(shè)定為kgf、mm,取消Display里的Coordinate Axis的Display選項,然后點擊工具條的 (Zoom Auto-Fit) 圖標(biāo),使模型在整個建模過程中都可以按操作窗口自動對齊。
例題的截面大小為125′250,以點擊工具里的 (Grid Setting)圖標(biāo),將Grid Size設(shè)為10。
8 由于SPC的Grid Setting里以所指定的柵格間距為基準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)的畫圖、視圖功能,所以即使不直接使用柵格捕捉功能,適當(dāng)?shù)刂付ㄆ鋿鸥耖g距會更方便一些。
下面繪制Plane截面:
調(diào)出Model>Curve>Create>Line菜單,在生成直線對話框(參見圖9)里的Point 1處輸入–3.75, 0, 選擇Dx, Dy選項,輸入0, 75之后點擊Apply按鈕。
調(diào)出Model>Point>Translate菜單,如<圖10-(2)>所示,選擇在前面所生成的線的上部端點作為復(fù)制點,在<圖10-(1)>的移動復(fù)制對話框的Mode中選擇Copy, 在Delta X, Y的Dx輸入欄里輸入0、Dy輸入欄里輸入37.5, 然后選擇Copy Option里Connect by Line選項之后點擊Apply按鈕。則該點將被復(fù)制,并連接生成的點和被復(fù)制點成直線。
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<圖 9> 建立直線對話框
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<圖 10-(1)> 移動復(fù)制點的對話框
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<圖 10-(2)> 移動復(fù)制指定的點
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8 在所有可以建立線的對話框中,都提供可以指定線的厚度和線的對齊方向的功能(Width和Alignment) 功能。構(gòu)成Line截面的線必須有厚度,而構(gòu)成Plane截面的線不需要有厚度 (用戶即使指定了線的厚度,在生成Plane截面之后也會自動忽略線的厚度)?，F(xiàn)在是Plane截面,線不需要有厚度,所以其相關(guān)的功能無法使用。
繼續(xù)利用點的移動復(fù)制功能生成截面形狀。
點擊工具條的 (Newcomer Selection) 圖標(biāo)選擇前面通過移動復(fù)制生成的點,在<圖 10-(1)>的移動復(fù)制對話框中的Delta X, Y的Dx欄輸入 -58.75,Dy欄輸入0之后點擊Apply按鈕。
點擊工具條的 (Newcomer Selection) 圖標(biāo)選擇最新建立的點, 在<圖 10-(1)>的點移動復(fù)制對話框里的Delta X, Y的Dx欄輸入0,Dy欄輸入12.5之后點擊Apply按鈕。
用同樣的方法選擇最新建立的點之后,在 <圖 10-(1)>的點移動復(fù)制對話框里的Delta X, Y的
Dx欄輸入62.5,Dy欄輸入0后點擊Apply按鈕就會生成像<圖 11>一樣的輪廓線。
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<圖 11> 進(jìn)行點的移動復(fù)制
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<圖 12-(1)> 線移動復(fù)制對話框
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<圖 12-(2)> 移動復(fù)制完的線
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目錄菜單
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通過將<圖 11>所示的線向左側(cè)復(fù)制來完成需要加厚的部分。
調(diào)出Model>Curve>Translate菜單, 選擇<圖11>里所示的線作為對象。在<圖12-(1)>所示的線移動復(fù)制對話框里選擇Mode里的Copy。在Delta X, Y的Dx欄里輸入-10,Dy欄里輸入0。然后,選定Copy Option里的Connect Ends by Line選項之后點擊Apply按鈕。如<圖12-(2)>所示,將選定的線通過移動復(fù)制生成新的線,然后將兩線的末端用直線連接。
由于不需連接兩線末端的下端直線,所以將其刪除。選擇<圖12-(1)>所示的菜單目錄中的Delete Curve, 然后選擇<圖 12-(2)>中所示的直線點擊Apply按鈕。
現(xiàn)已建立1/4的對稱部分,通過對稱復(fù)制完成整個截面形狀。
在線菜單命令目錄中選擇Mirror Curve。
通過窗口選擇選定全部的線,在<圖13-(1)>所示的線對稱復(fù)制對話框里選擇Mode里的Copy, 將對稱復(fù)制的基準(zhǔn)線設(shè)定為y軸(About Y-axis,0),然后點擊Apply按鈕。
通過窗口選擇全部的線之后,如<圖13-(2)>所示將對稱復(fù)制的基準(zhǔn)線設(shè)定為x軸(About X-axis,0),然后點擊Apply按鈕。
經(jīng)過兩次對稱復(fù)制,如<圖13-(3)>所示建立了全部的截面形狀。
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<圖 13-(1)> 線移動復(fù)制對話框
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<圖13-(2)> 線移動復(fù)制對話框
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<圖 13-(3)> 完成后的截面形狀
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現(xiàn)在調(diào)出Model>Section>Generate菜單,通過建立的輪廓線生成Plane截面。
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<圖 14-(1)> 生成截面的對話框
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<圖14-(2)> Plane截面的生成過程
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自動按照生成的網(wǎng)格計算截面特性
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已生成的截面
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形心
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為了生成截面須選擇決定截面形狀的線,可通過窗口選擇全部的線。如<圖14-(1)>所示的生成截面的對話框中選擇Type里的Plane, 在Name里輸入Plane-I。為了在生成截面的同時計算截面特性需選擇Calculate Properties Now,然后點擊Apply按鈕。如<圖14-(2)>所示在Plane截面里程序會自動計算并生成適當(dāng)大小的網(wǎng)格后生成各截面的特性值。計算截面特性值后,為方便用戶查詢形心的位置,程序會自動在形心位置生成點(參見<圖14-(2)>)。
8 計算截面特性值對話框中的輸入、選擇功能如下。
Type
截面的形式, 指定面(Plane)或線(Line)。
Name
輸入截面的名稱。可在Redefine Section里重新指定。
Location
指定截面的位置。在橋梁中經(jīng)常使用大量的截面,此時可通過Arrange Section,Pick Section等功能對各截面進(jìn)行排列、搜索?？稍赗edefine Section里重新指定。
Group
指定截面所屬的組?？梢栽诮M目錄里選擇,還可以輸入新的組的名稱建立組后將其包含在組里。
Section Color
選擇截面顏色?？稍赗edefine Section里重新指定。
Calculate Properties Now
在生成截面的同時直接計算截面特性。除了像聯(lián)合截面生成截面之后需另外計算之外,生成截面時直接計算特性值比較方便。通過調(diào)出Property>Calculate菜單也可計算截面特性。
8 截面形心的絕對坐標(biāo)隨著截面位置的變化而變化,因此沒有任何意義,有實際意義的是截面內(nèi)部的相對坐標(biāo)。SPC為了讓用戶可以快速的查詢形心的位置,對于已計算了特征值的截面在形心處生成點。調(diào)出Model>Point>Query菜單,可以方便的查詢所要查詢的位置到形心的距離。例如要計算從左側(cè)下端到形心的距離就可以利用Query Point功能先選擇左下角的點之后,點擊表示形心的點會顯示如下所示的窗口信息。
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根據(jù)Query Poin所輸出的信息
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查詢截面的各特性時可點擊工具條里的 (Property List) 圖標(biāo),在截面特性目錄對話框里查看,也可以點擊工具的 (Display Property)圖標(biāo)在操作窗口中直接輸出需要的特性值。而且可以調(diào)出Query Section菜單確認(rèn)通過信息窗口輸出的截面特性。
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<圖 15-(1)> 截面特性計算結(jié)果
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<圖15-(2)> 顯示截面特性
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現(xiàn)在我們用Line截面建立同樣的截面。
首先點擊工具條里的 (Select)圖標(biāo),選擇已完成的Plane截面Plane-I后,點擊工具里 (Inactivate)圖標(biāo),鈍化Plane截面Plane-I。
為了生成線須調(diào)出Model>Curve>Create>Line菜單。
為了建立上端的翼緣部分,在<圖16>的生成直線對話框里的Point 1欄里輸入–62.5, 112.5。點擊Dx, Dy選項輸入125, 0。在線的寬度Width內(nèi)輸入翼緣的高12.5,線的寬度對齊位置Alignment選擇Left,點擊Apply按鈕。
8 線基準(zhǔn)位置(先寬度方向)可以沿畫線的方向為準(zhǔn)設(shè)定為中心、左方、右方。在Change Width菜單里可以指定線的寬度和對齊位置。
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<圖16-(1)> 生成直線對話框
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12.5
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Left
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Center
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Right
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畫線的方向
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125
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(-62.5,112.5)
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<圖 16-(2)> 隨畫線的方向而施加的寬度加寬方向
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目錄菜單
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為了繼續(xù)畫構(gòu)成腹板的線,在<圖16-(1)>生成線的對話框的Point 1欄輸入0, 112.5,Dx, Dy欄 輸入0, -225。然后在線的寬度Width欄輸入腹板寬7.5,線寬度的對齊位置Alignment選擇Center,然后點擊Apply按鈕。
然后我們畫左側(cè)需加厚的的線。在生成線的對話框Point 1欄輸入-3.75, 75,Dx, Dy欄輸入
0, -150,線寬度Width輸入10。線寬度的對齊位置Alignment選擇Right后點擊Apply按鈕
(參見<圖17>)。
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L2
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L1
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<圖 17> 畫完的三條線
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<圖 18-(1)> 鏡像對話框
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<圖 18-(2)> 鏡像對話框
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將<圖17>的L1和L2分別以y軸和x軸對稱復(fù)制建立整個圖形。
在目錄菜單里選擇Mirror Curve。首先選擇線L1,在<圖18-(1)>的鏡像對話框里Mode選擇Copy, 將鏡像復(fù)制的基準(zhǔn)線是否設(shè)定為y軸(About Y-axis,0)后點擊Apply按鈕。
繼續(xù)選擇線L2后,如<圖18-(2)>所示,在鏡像對話框中將鏡像的基準(zhǔn)線設(shè)定為x軸(About X-axis,0)之后點擊Apply按鈕。
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<圖 19-(2)> 變換線寬度對話框
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<圖 19-(1)> 變換寬度前的情況
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<圖19-(3)> 變換寬度后的情況
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通過鏡像生成的兩條線會像<圖19-(1)>一樣,故須變換兩線的對齊位置。
點擊命令Change Width,選擇通過鏡像復(fù)制生成的兩條線。在<圖19-(2)>的線的寬度變換對話框里點擊Alignment,選擇Left<->Right,點擊Apply按鈕。
最后完成的截面形狀如<圖 19-(3)>所示。
現(xiàn)在調(diào)出Model>Section>Generate菜單,將建立的以線形式表示的圖形生成Line截面。
為了生成截面需選擇決定截面形狀的線,這里我們通過窗口選擇來選擇剛剛建立的所有的線。在
<圖20-(1)>的生成截面的對話框里將Type選定為Line,Name欄輸入Line-I。為了在生成截面的同時計算截面特性值,需選擇Calculate Properties Now,然后點擊Apply按鈕。
8 生成 Line截面時,決定此截面形狀的所有的線都必須有寬度。
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<圖 20-(1)> 生成截面對話框
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<圖 20-(2)> Line截面
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點擊工具條里的 (Activate All) 圖標(biāo),然后激活全部的截面。
由于生成的兩個截面Plane-I和Line-I是在同一位置,所以在模型窗口中重疊顯現(xiàn)。為了排列兩截面可調(diào)出Model>Section>Arrange菜單。
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<圖 21-(1)> 排列截面對話框
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<圖 21-(2)> 并列排列的截面
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在<圖21-(1)>的排列截面對話框按生成(Creation)順序排列,Row欄輸入1后點擊Apply按鈕。其排列結(jié)果如<圖21-(2)>所示。
8 排列截面時可以指定行(Row)和列(Column)的個數(shù)。如果不輸入其數(shù)值(0),程序會自動排列。行優(yōu)先于列,截面會以行的順序以 的形式進(jìn)行排列。
8 通過比較以plane和line形式生成的兩個截面,除了抗扭剛度其它的值都一致。
在Line截面中為了熟悉SPC制圖的各項功能直接按照實際截面形狀進(jìn)行了繪圖,事實上只有按如左圖所示的形狀進(jìn)行繪圖才可以精確地計算抗扭剛度 。
Plane截面是根據(jù)有限元網(wǎng)格進(jìn)行截面特性計算,所以它不受截面表現(xiàn)形式的影響。
現(xiàn)在按文件形式輸出截面特性的計算結(jié)果。
點擊工具條里的 (Export Property) ,會出現(xiàn)如<圖22>所示的輸出截面特性對話框。
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<圖 22> 輸出截面特性對話框
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在<圖22>的輸出截面特性對話框里首先選擇要輸出的文件形式。如點擊指定文件路徑的按鈕
( ) ,會出現(xiàn)保存文件的文件夾和文件名的對話框,在這里設(shè)定文件保存位置和文件名。然后點擊輸出截面特性對話框的Apply按鈕即可。
8 只輸出特定截面的特性時可使用Export Section功能,只輸出特定截面組的截面時可使用Export Group功能。將截面形狀以AutoCAD DXF文件形式輸出時可使用File>Export>AutoCAD DXF功能。
操作例題 - 2
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E=7 kgf/mm2, n=0.25
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E=140 kgf/mm2, n=0.25
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100mm
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150mm
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12mm
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<圖 23> 例題聯(lián)合截面
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- “Mechanics of Materials” (Gere and Timoshenko, 3rd Ed.), “5.11 Composite Beams”, Example 2 -
計算如<圖 23>所示的聯(lián)合截面特性值。
8 聯(lián)合截面只能以Plane截面形式表示。
首先點擊工具條的 (Setting)圖標(biāo)在General里將單位設(shè)定為kgf、mm,取消Display里的Coordinate Axis的Display選項。然后點擊工具的 (Zoom Auto-Fit) 圖標(biāo),使整個建模的過程中都可以按比例自動對齊。點擊工具條里的 (Grid Setting) 圖標(biāo),將Grid Size設(shè)為10。
調(diào)出Model>Curve>Create>Rectangle菜單。
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<圖 24-(1)> 生成矩形對話框
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<圖 24-(2)> 生成矩形對話框
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如<圖24-(1)>所示,在生成矩形對話框里的Point 1欄內(nèi)輸入0, 0,Dx, Dy欄里輸入100, 150后點擊Apply按鈕。
繼續(xù)在Dx, Dy欄輸入100, -12后點擊Apply按鈕。(圖24-2)
由此建立了聯(lián)合截面。
調(diào)出Model>Section>Generate菜單。
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?? 1
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?? 2
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<圖 25-(1)> 生成截面對話框
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<圖 25-(2)> 生成的截面
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目錄菜單
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通過窗口選擇選擇全部的線,在<圖25-(1)>的生成截面對話框里選擇Type的Plane, 在Name欄里輸入Composite-Sect。生成截面后,因為還沒有指定各部分的材料,所以關(guān)閉Calculate Properties Now選項,只生成截面。點擊Apply按鈕會出現(xiàn)<圖25-(2)>所示的畫面。
為了定義各部分的材料需從目錄菜單里選擇Assign Domain Material。
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<圖 26> 定義材料
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定義材料對話框
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材料目錄
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添加材料數(shù)據(jù)
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在<圖26>的定義材料對話框中,由于目前還未定義材料,故無法直接選擇材料。點擊材料目錄按鈕 ( )會出現(xiàn)材料目錄對話框, 在此點擊Add按鈕,如<圖 27>所示添加兩種新的材料。
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<圖 27> 添加材料數(shù)據(jù)
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<圖 28> 材料目錄
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下面就可以在定義材料對話框中定義各部分的材料了。
首先選擇材料目錄里的 “1:Material-1”, 在模型窗口中選擇 Part1之后點擊Apply按鈕。用同樣的方法指定Part 2的 “2:Material-2”材料。
8 聯(lián)合截面必須指定的所有組成部分的材料,計算換算截面時一般將面積非常大的部分的材料視為基準(zhǔn)材料。如欲把其它的材料作為基準(zhǔn)材料,在定義材料時選擇Set as Base Material選項即可。欲刪除截面內(nèi)已定義的材料只需選擇材料里的None。
8 聯(lián)合截面的各部分所定義的材料信息用于計算剪切系數(shù)(G)的比率,所以定義材料時彈性模量(E)的實際單位并不重要。
為了計算聯(lián)合截面的特性需點擊工具條里的 (Calculate Property) 。
選擇要進(jìn)行截面計算的聯(lián)合截面Composite-Sect, 在<圖29>的截面特性計算對話框直接點擊Apply按鈕便可計算特性值。
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<圖 29> 截面特性對話框
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8 截面特性計算對話框里的功能選項如下:
Mesh Density
選擇要生成的網(wǎng)格的密度。
Mesh Size
直接設(shè)定要生成的網(wǎng)格的大小。
若生成的網(wǎng)格不合理或者出現(xiàn)錯誤時,用戶需直接定義網(wǎng)格大小。
Pause after Each Calc.
在計算多個截面時,對一個截面進(jìn)行完相關(guān)的截面計算后會暫停。
利用此功能可便于分別查看每個截面網(wǎng)格的形狀。
Re-calculate
重新計算截面特性。
點擊工具條里的 (Property List) 圖標(biāo)查看所生成的截面特性值。
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<圖 30> 截面特性目錄對話框
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換算截面的基準(zhǔn)材料
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在如<圖30>所示的截面特性目錄對話框里,對于聯(lián)合截面Base Material欄會輸出換算截面的基準(zhǔn)材料。在截面形狀里為了視覺上能明顯的區(qū)分使用基準(zhǔn)材料的部分將其填充為紅色且用粗線作為邊框。而且對于聯(lián)合截面在圖片的左下端有 “Composite”標(biāo)志。
操作例題 - 3
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3.6(t=0.022)
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3.1 (t=0.012)
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3.2(t=0.022)
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3.2(t=0.018)
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單位: [m]
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Symmetric Line
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<圖 31> 箱型橋梁的截面(例)
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因<圖 31>所示的橋梁截面的厚度非常薄,故用Line截面來完成。
首先, 點擊工具條里的 (Setting)圖標(biāo)在General里將單位設(shè)定為kgf、m, 取消Display里的Coordinate Axis的Display選項。然后,點擊工具條里的 (Zoom Auto-Fit) 圖標(biāo),使操作窗口在整個建模的過程中都可以按比例自動對齊。點擊工具條里里的 (Grid Setting) 圖標(biāo),將Grid Size設(shè)為0.5。
調(diào)出Model>Curve>Create>Line菜單。
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<圖 32> 生成直線對話框
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<圖 33> 點移動復(fù)制對話框
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生成的直線和移動復(fù)制的點
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在<圖 32>的生成直線對話框的Point 1欄輸入0, 0, 在Dx, Dy中輸入–3.2, 0。在寬度Width輸入0.022, 線寬度的對齊位置Alignment選擇Center后點擊Apply按鈕。
將生成的線的左側(cè)點進(jìn)行移動復(fù)制生成直線。
調(diào)出Model>Point>Translate菜單。
利用移動復(fù)制選擇線的左側(cè)端點, 在<圖33>的點移動復(fù)制對話框里Mode選擇Copy,Delta X, Y的Dx欄輸入–3.6,Dy欄輸入0。然后選擇Copy Option的Connect by Line選項,寬度Width欄輸入0.022,Alignment選擇Center后點擊Apply按鈕。
利用工具條 (Select Previous)重新選擇前次選擇的點,在<圖33>的點移動復(fù)制對話框里Delta X, Y的Dx欄輸入0,Dy欄輸入–3.1。在Copy Option的Width欄輸入0.012,Alignment選擇Center后點擊Apply按鈕。
利用工具條 (Newcomer Selection) 選擇剛剛移動復(fù)制生成的點, 在<圖33>的點移動復(fù)制對話框里Delta X, Y的Dx欄輸入3.2,Dy欄輸入0。在Copy Option的Width欄輸入0.018,Alignment選擇Center后點擊Apply按鈕。
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<圖 34> 1/2 對稱部分
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<圖 35> 線對稱復(fù)制對話框
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目錄菜單
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通過對1/2部分進(jìn)行鏡像復(fù)制完成整個形狀。
調(diào)出Model>Curve>Mirror菜單。
用窗口選擇全部的線,在<圖35>的線鏡像復(fù)制對話框里Mode選擇Copy, 將鏡像復(fù)制的基準(zhǔn)線設(shè)置為y軸(About Y-axis,0)后點擊Apply按鈕。
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<圖 36> 完成的截面形狀和構(gòu)成封閉曲線的所有的線
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<圖36>種所標(biāo)記的線構(gòu)成了一個封閉曲線(Closed Loop)。在Line 截面里存在封閉曲線時,為了準(zhǔn)確的計算抗扭剛度需對該封閉曲線另行定義。
選擇目錄菜單里的Register Closed Loop, 在選擇<圖 36>所示的線之后點擊Apply按鈕,所選擇的線構(gòu)成的封閉曲線就會被登記。
8 構(gòu)成封閉曲線的線必須在各線的端點處彼此連接。
8 盡管線的寬度很小,為了避免選擇線時無法準(zhǔn)確的識別,可在Setting的Display里關(guān)閉Curve的Width之后再進(jìn)行操作。
現(xiàn)在調(diào)出Model>Section>Generate菜單,將生成的線以Line截面形式生成截面。
首先通過窗口選擇選擇所有的線,在截面生成的對話框里選擇Type里的Line,Name欄輸入
SB-Sect,選擇Calculate Properties Now選項,然后點擊Apply按鈕。
點擊工具條里的 (Property List) 圖標(biāo),查看生成的截面特性值。
8 像這個箱型梁一樣截面厚度特別小的時候,若以Plane截面操作很難在又窄又長的領(lǐng)域內(nèi)自動生成適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格。雖然在截面特性計算對話框里的Mesh Size可以直接指定網(wǎng)格的大小,但是這樣會增多網(wǎng)格的個數(shù)。所以像此例題一樣,截面厚度特別小時最好使用Line 截面計算。
其它注意事項
? 欲將AutoCAD DXF 文件正常的導(dǎo)入(Import),DXF的截面必須是在x-y平面內(nèi),也就是說所有點的坐標(biāo)在z軸上的值必須都為0。另外在導(dǎo)入前,需在Tool/Setting里調(diào)整單位體系,使其與在AutoCAD里所使用的單位一致。
?
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原來內(nèi)部領(lǐng)域設(shè)為非使用時的截面
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所有的領(lǐng)域都設(shè)為使用時的截面
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ChangeDomain State
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Esc鍵,之后的所有的領(lǐng)域都會按現(xiàn)狀保存而停止詢問。
? 若對截面的某些參數(shù)進(jìn)行修改,例如改變其使用區(qū)域、旋轉(zhuǎn)截面、修改線的厚度等會使以前計算的特性無效。所以更改之后用戶需利用Calculate Properties菜單重新計算截面特性。
? 對個體進(jìn)行激活/鈍化時,其所包含的各部分也自動被激活/鈍化。例如,激活截面時其所包含的所有的線、點也都會被激活;鈍化線時,其包括的所有的點也都被鈍化。對于其內(nèi)部的個體無法單獨進(jìn)行激活/鈍化,例如對于截面無法對構(gòu)成截面的線、點單獨進(jìn)行激活/鈍化。這是為了防止用戶因錯覺而造成操作失誤。
l 在SPC中導(dǎo)入DXF文件時的步驟及注意事項
步驟如下:
1.先在Tools>Setting中選擇相應(yīng)的單位體系。如果在CAD中按米畫的則選擇米。
2. 然后導(dǎo)入DXF
3. 然后在model>curve>intersect中進(jìn)行交叉計算,以避免在CAD中有沒有被分割的線段。
4. 如果DXF文件中有圓曲線切有直線與之相且時,導(dǎo)入過程中因為圓曲線轉(zhuǎn)換為直線,使原來的切線與圓曲線(已轉(zhuǎn)換為多邊形)不能相交,此時應(yīng)使用SPC中延伸的功能使其相交。
5. 在Section>Generate中定義截面名稱。
6. 然后計算特性值。(也可直接在第4項中計算)
當(dāng)截面中有內(nèi)部空心時,可在進(jìn)行4項后進(jìn)行下列操作。
a. 在Section>Domain State中選擇各部分是否為“空”,當(dāng)區(qū)域中有紅色亮顯時,按左鍵為實心,按右鍵為空心(請看程序中信息窗口的說明提示)。
當(dāng)截面有不同材料組成時(可超過2種),在進(jìn)行完上面a操作后,進(jìn)行下列操作。
b. 在Section>Domain Material中選擇各區(qū)域材料。需先定義材料名稱和特性值。
在賦予各區(qū)域材料特性時,應(yīng)選擇某個材料為基本材料,一般選擇混凝土。
在計算不同材料組成的截面的特性值時,應(yīng)選擇相應(yīng)的單元尺寸。一般來說劃分越細(xì)越好,但劃分的太細(xì)計算時間會很長。一般在鋼骨混凝土中選擇鋼板厚度的一半即可。
附錄一 MIDAS/Civil和MIDAS/Gen的標(biāo)準(zhǔn)截面數(shù)據(jù)庫中截面抗扭剛度的計算方法
抗扭剛度就是抵抗扭矩的剛度,可用式(1)表示。
(1)
且
Ixx: 抗扭剛度(Torsional Resistance);
T: 扭矩(Torsional Moment Torque);
q: 扭轉(zhuǎn)角度(Angle of Twist)。
由上式所示,抗扭剛度就是抵抗扭矩的剛度。它不同于為了計算扭矩作用下的截面剪應(yīng)力所使用的極慣性矩(Polar Moment of Inertia)。但是當(dāng)截面形狀是圓形或厚板圓筒時,其抗扭剛度與極慣性矩相一致。
開口型截面(Open Section)和封閉型截面(Close Section)的抗扭剛度的計算方法不一致;厚壁截面和薄壁截面的抗扭剛度計算方法也不相同。不存在適合于所有截面類型的計算抗剪剛度的一般公式。
計算開口型截面的抗扭剛度時,首先把截面劃分成多個矩形截面,利用式(2)計算每一個矩形截面的抗扭剛度,把每個矩形截面的抗扭剛度值取代數(shù)和就可以得到整個截面的抗扭剛度的近似值。
, 其中,a b (2)
且
ixx : 劃分后的小矩形截面的抗扭剛度;
2a : 劃分后的小矩形截面的長邊;
2b : 劃分后的小矩形截面的短邊。
對薄壁封閉型管型(Tube)截面的抗扭剛度可按式(3)計算(參照圖1.45)。
(3)
且
A :封閉管的截面面積;
ds :截面任意位置上中和軸的微小長度;
t :截面任意位置的厚度。
抗扭剛度:
任意位置上的剪切應(yīng)力:
:任意位置上管的平均厚度
圖1.45封閉型薄壁截面的抗扭剛度及剪切應(yīng)力
一些標(biāo)準(zhǔn)截面的抗扭剛度見<圖1.46>~<圖1.49>。
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截面形狀 |
抗扭剛度 |
截面形狀 |
抗扭剛度
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1.Solid Round Bar
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2.Solid Square Bar
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3.Solid Rectangular Bar |
(where,) |
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圖1.46實體截面(Solid Section)的抗扭剛度
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截面形狀 |
抗扭剛度 |
截面形狀 |
抗扭剛度 |
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1.Rectangular Tube(Box) |
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2.Circular Tube(Pipe) |
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圖1.47封閉型薄壁管形截面的抗扭剛度
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截面形狀 |
抗扭剛度 |
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1.Angle |
(where, b < 2(d + r))
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2.Tee IF b<d : t=b, t1=d IF b>d : t=d, t1=b |
(where, d < 2(b + r)) |
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3.Channel
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首先劃分兩個角形截面(Angle)并計算 每個角形(Angle)截面的抗扭剛度, 而后取這兩個計算值之和。
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4.I-Section
IF b<d : t=b, t1=d IF b>d : t=d, t1=b |
(where, d < 2(b + r)) |
圖1.48開口型厚壁截面的抗扭剛度
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截面形狀 |
抗扭剛度 |
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1.Angle |
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2.Channel |
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3.I-Section |
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4.Tee |
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5.I-Section |
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圖1.49開口型薄壁截面的抗扭剛度
當(dāng)利用2個以上的型鋼組合成1個截面時,在一個截面上可能同時存在封閉型和開口型,這種組合截面的抗扭剛度是各自抗扭剛度的代數(shù)和。
例如,由兩個H型鋼截面(Double H-Section)組合成圖1.50所示的截面,其中央形成封閉型而外部翼緣為開口型截面。
- 封閉型截面(陰影部分)的抗扭剛度是
(4)
- 開口型截面(突出的翼緣板部分)的抗扭剛度是
(5)
- 組合截面總的抗扭剛度是
(6)
一個H型鋼和2個平板(Flat Bar)組合形成圖1.51所示的截面形狀時,截面的抗扭剛度可按以下方法計算。
當(dāng)圖中封閉型截面以外突出翼緣板部分的抗扭剛度比組合截面整體的抗扭剛度小得可以忽略不計其大小時,可以只取圖中H形型鋼的翼緣和兩平板(Flat Bar)組合成的外封閉截面(陰影部分)的抗扭剛度,使用式(7)計算其大小。
(7)
在組合截面上開口型截面部分的抗扭剛度不能忽略其大小時,應(yīng)該把這部分抗扭剛度計算后計入到整個截面的抗扭剛度值里。
圖1.50封閉型和開口型組合截面的抗扭剛度
圖1.51 2個封閉型和開啟型組合截面的抗扭剛度
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