SofiSkrypt. Część 1. Autorzy: mgr inż. Bartosz Wasilewski inż. Magdalena Krywko Redakcja: mgr inż. Anna Banaś

Transkrypt

1 Część 1 Autorzy: mgr inż. Bartosz Wasilewski inż. Magdalena Krywko Redakcja: mgr inż. Anna Banaś Skrypt powstał na podstawie Sofinarium Modelowanie Konstrukcji w programie SofiPlus prowadzonego przez Pana mgr inż. Bartosza Wasilewskiego.

2 Krok 1. włączenie programu Rys. 1 - Menu Start Otwieramy program np. z poziomu menu Start (Rys 1). Czekamy, by program się załadował. Włącza się okno programu SOFIPLUS a (Rys. 2). Jest bardzo podobne do AutoCAD a. Konieczne jest zapisanie pliku.dwg w wybranym przez siebie folderze (warto stworzyć nowy folder program wygeneruje kilka nowych plików). Krok 2. Rys. 2 - Okno programu SOFiPLUS 1

3 Krok 2. parametry modelu Na początku musimy zdefiniować, kilka podstawowych parametrów naszego modelu. Do tego służy panel Create System. Wchodzimy do niego z menu programu (Rys. 3) Rys. 3 Menu programu Otwiera nam się okienko: Ikonki Create System W tym miejscu wybieramy (część ikonek obok jest jeszcze normę. nieaktywna). W tym miejscu wybieramy normę. Ustalamy, w jakiej przestrzeni będziemy tworzyć model. 3D FEA jest najbardziej ogólnym z 6 stopniami swobody w węźle. Wskazujemy kierunek działania ciężaru własnego. Wskazujemy, jak ma być położony układ współrzędnych. (podgląd układu znajduje się na rysunku powyżej) Wybieramy jednostki, w których będziemy rysować nasz model. UWAGA! Części parametrów po zaakceptowaniu nie będziemy mogli zmienić. Rys. 4 Okienko System Information Klikamy OK. 2

4 Po uzupełnieniu parametrów modelu część ikon się uaktywniła, w podręcznym menu pojawiły się nowe zakładki. Ikony do innych modułów programu. Pasek narzędzi SOFiPLUS a Zakładki menu. Podręczne menu programu Rys. 5 Opis okna programu. Możemy obracać się w przestrzeni 3D najeżdżając na jeden z narożników lub boków sześcianu lub wciskając scroll myszki i klawisz Shift. SOFIPLUS jest nakładką na AutoCAD a. Od tradycyjnego programu różni się kilkoma szczegółami. Po lewej stronie znajduje się menu, którym w tym skrypcie będziemy się posługiwać (Rys. 5). Głównie skupimy się na dwóch zakładkach: System (do definicji materiałów i przekrojów) i Structural Elements (nadanie poszczególnym elementom naszej konstrukcji przekrojów, stworzenie przypadków obciążenia i samych obciążeń). Rys. 6 Pasek narzędzi SOFIPLUS. Można też korzystać z paska narzędzi SOFIPLUS (Rys. 6). Większość opcji jest tu schowana. Ikonki, które mają mały trójkąt w prawym dolnym rogu, możemy rozwinąć najeżdżając kursorem myszy na jedną z nich i klikając na nie przez dłuższy czas (Rys. 6). Opis każdej z ikonek wyświetla się, gdy dłużej przytrzymamy na niej kursor. 3

5 Krok 3. rysowanie modelu Obrócenie 3D wykonujemy za pomocą wciśniętego przycisku Shift i rolki myszki. Przy włączonym trybie orto możemy rysować linie zgodne z układem współrzędnych. Przydatna przy rysowaniu linii pod kątem, gdy znamy początek i wiemy, jakie są współrzędne względne jest wpisanie końcowego punktu (x,y,z współrzędne końca linii względem jej początku). Rysujemy model zgodnie z rysunkiem poniżej (Rys. 7). Możemy rysować także w jednej płaszczyźnie (układy płaskie). W kroku 2. narzuciliśmy programowi kierunek i zwrot działania ciężaru własnego. Przy rysowaniu zwracamy uwagę na układ osi w programie w tym przypadku chcemy, by oś Z była skierowana ku dołowi!!!!! W innych m Rys. 7 Geometria modelu 4

6 Krok 4. definicja materiałów W zakładce System wybieramy nowy materiał (Rys. 8). Otwiera nam się okno, w którym definiujemy parametry naszego materiału (Rys. 9). Rys. 8 Tworzenie nowego materiału. Nadajemy numer materiału Wybieramy gatunek stali, np. S355 Wybieramy normę wg której definiujemy charakterystyki materiałów, np. EC2 dla betonu, EC3 dla stali Rys. 9 Definicja materiału. W tych miejscach możemy zmienić parametry materiałowe i wytrzymałościowe, np. moduł Younga E, ciężar. UWAGA! W bibliotece programu nie ma norm polskich! 5

7 Krok 5. definicja przekrojów Przekroje elementów wiaty: Rys. 10 Przekroje w modelu Przekrój typowy dwuteownik I100 i rura prostokątna SH 100x50x5: Rys. 11 Tworzenie przekroju typowego (wybór). Prawym przyciskiem myszy klikamy na Cross Sections i wybieramy New Standard Section (Rys. 11). Pojawia nam się nowe okienko, w którym możemy nadać numer przekroju i wybrać typ (Rys. 12). Zaznaczamy przekrój walcowany (rolled steel). Klikamy OK, pojawia się nam nowe okno (Rys.13), w którym wybieramy materiał i kształtownik. Postępujemy jak na Rys. 13. W podobny sposób tworzymy przekrój zastrzałów z rury prostokątnej (SH 100x50x5). 6

8 Rys. 12 Numer i typ przekroju Wybieramy jeden z wcześniej zdefiniowanych materiałów Zaznaczając opcję Custom możemy zmieniać poszczególne wymiary przekroju. Określamy typ kształtownika i jego wymiary W tym miejscu możemy wybrać punkt zaczepienia przekroju, możemy użyć funkcji lustra, określić kąt obrotu przekroju, offsety YM i ZM. Szkic przekroju. 7

9 Rys. 13 Definicja przekroju Przekrój stężeń z pręta φ16. Wybieramy: New Standard Section Tube (Rys. 12). Zmieniamy średnicę, zaznaczamy Solid cross section (Rys. 14). Przy odznaczonej opcji Solid cross section możemy stworzyć przekrój rurowy - wpisujemy jej grubość. Rys. 14 Przekrój okrągły Przekrój złożony słup Przekrój słupa wykonujemy złożony z dwóch ceowników (zamiast symbolu C200 program przyjmuje U200, podobnie jak w zagranicznych katalogach). Wchodzimy podobnie jak wcześniej, do Rolled steel. Wybieramy odbicie przekroju względem osi Z. Rozsuwamy przekroje za pomocą offsetu YM Rys. 15 Przekrój złożony 8

10 Przekrój złożony krokiew Innym sposobem wprowadzania przekrojów jest użycie przekroju cienkościennego (Rys. 11): New Thin Walled Section Steel (przekrój cienkościenny). W tym miejscu możemy tworzyć bardziej skomplikowane przekroje, np. złożone z różnych kształtowników. W ten sposób wykonamy przekrój krokwi (2xC160). W okienku, które się pojawiło, wpisujemy nazwę przekroju, jego numer i wybieramy materiał (Rys. 16). Rys. 16 Ogólne parametry przekroju cienkościennego Po kliknięciu OK otworzył nam się nowy szkicownik, nad którym pojawił się nowy pasek z narzędziami (Rys. 17): Za pomocą tej ikonki, po ustaleniu grubości, możemy rysować blachy przekroju Tutaj wstawiamy kształtowniki z biblioteki. Rys. 17 Pasek narzędzi 9

11 Wstawiamy przekrój C160. Klikamy na odpowiednią ikonkę z Rys. 17. Pojawia się okno (Rys 18). Wybieramy punkt referencyjny (na podglądzie zaznaczony zielonym okręgiem środek środnika. Na podglądzie widzimy uproszczony przekrój złożony z kilku blach, jego charakterystyki odpowiadają przekrojowi walcowanemu C160. Rys. 18 Wstawianie przekroju kształtownika Wskazujemy miejsce, w którym przekrój ma się wkleić. Zaznaczamy punkt (0,0). Przesuwamy ceownik w prawo o 10 mm i odbijamy za pomocą funkcji lustra względem z=0 (Rys. 19), klikamy Close. Rys. 19 Przekrój krokwi 10

12 Krok 6. wprowadzenie elementów strukturalnych Rys. 20 Zakładka Structural Elements W programie SOFIPLUS posługujemy się elementami strukturalnymi. Elementy strukturalne to punkty, linie i powierzchnie. Później zostaną one podzielone automatycznie przez program na elementy skończone. Jest też możliwość definicji samodzielnych elementów skończonych ( Finite Elements ), jednak co raz rzadziej się korzysta z tej funkcji w SOFIPLUSIE. Przechodzimy do zakładki Structural Elements (Rys. 20), wybieramy Line z menu, pojawia się okienko (Rys. 21). Przechodzimy do zakładki Beam/Cable (Rys. 22). Jeśli chcemy wykonać podporę liniową blokujemy odpowiednie stopnie swobody w tej zakładce. Określamy numer grupy, np. 1 dla płatwi. Rys. 21 Element strukturalny linia. 11

13 Program pozwala tworzyć elementy o zmiennym przekroju definiujemy przekrój początkowy i końcowy (oba przekroje jednego typu!). Wybieramy typ elementu: bez przekroju (np. podpora), belka bez lub z offsetem, element kratowy lub cięgno. W razie pomyłki możemy zmienić przekrój na inny Rys. 22 Tworzenie elementu strukturalnego Wybieramy Centric beam. Otworzy się okienko z przekrojami. Wybieramy IPE100. Po zdefiniowaniu parametrów elementu, nie zamykając okna postępujemy zgodnie z instrukcją na pasku poleceń AutoCAD a: Wpisując PI, wybieramy elementy na rysunku, które są płatwami. Ich kolor zmienia się na żółty. Podobnie postępujemy z krokwiami, słupami i zastrzałami. Stężenia wykonujemy jako element truss (element kratowy), wybieramy Generate one element. Podpory: Wykorzystujemy element strukturalny Point. W zakładce Support Conditions zaznaczamy w wierszu Global All otrzymujemy pełne utwierdzenie. Zgodnie z instrukcją na pasku poleceń wybieramy punkty (podstawy słupów). Rys. 23 Powstały model. 12

14 Krok 7. definicja obciążeń Rys. 24 Loadcases Wybieramy Loadcase Manager (Rys. 24), w otwartym okienku przechodzimy do zakładki Loadcases. Klikamy na New i tworzymy nowe przypadki obciążenia zmieniając im nazwę (Rys. 25). Możemy w tym miejscu określić, czy jest to obciążenie stałe G, czy zmienne Q. Obok są wpisane automatyczne współczynniki obliczeniowe (są zdefiniowane wg normy, którą wybraliśmy na początku w kroku 2.). Jest możliwość ich edycji w tym miejscu. Kolumny z wartościami współczynników obliczeniowych (program automatycznie definiuje dla obciążeń G i Q). Kolumna z wartościami DLZ uważamy, by nie zdublować obciążenia ciężarem własnym! Rys. 25 Loadcase Manager Obciążenia możemy definiować jako Free Loads, które dowolnie przykładamy w naszym układzie współrzędnych. Jeśli zdefiniujemy obciążenie poza konstrukcją, po przeliczeniu w programie wyskoczy ostrzeżenie Warning. Obciążenia Free Loads pozwalają umieścić obciążenie jedynie do części elementu, np. tylko na fragment naszej płatwi. Drugim sposobem jest przyłożenie obciążenia za pomocą Structural Element Loads. Obciążenia te przykładamy do elementów strukturalnych. Ciężar własny został zadany poprzez stworzenie przypadku dead load. Program przelicza to automatycznie (DLZ=1,000 uważamy, by w kolumnie DLZ w pozostałych przypadkach była wartość 0). Jeśli chcemy zwiększyć ciężar konstrukcji o 10%, możemy to zrobić w tym miejscu poprzez zmianę wartości DLZ na 1,1. Innym sposobem jest zwiększenie ciężaru stali w czasie definicji materiału (Rys. 9). 13

15 Kolejnym obciążeniem będzie przyłożenie banera na połowie krokwi jako obciążenie liniowe (Rys. 26). Rys. 26 Obciążenie banerem. Rys. 27 Wybór obciążenia liniowego. Wybieramy Free Load Line Load (Rys. 27). Pojawia się okno (Rys. 28). Po zdefiniowaniu obciążenia, nie zamykając okna, zaznaczamy początek i koniec obciążenia (tak jak w Autocadzie rysujemy linię). Pojawia się schematyczny rysunek obciążenia (Rys. 29). Określamy rodzaj obciążenia, kierunek i element do jakiego obciążenie ma być przyłożone Możemy wybrać obciążenie prostokątne i trapezowe. Rys. 28 Przekrój złożony 14

16 Rys. 29 Obciążenie banerem wprowadzone do programu. Obciążenie śniegiem i wiatrem przyłożymy jako obciążenie powierzchniowe do nieważkiej i nienośnej płaszczyzny Load Distribution Area (LAR). Ma ona za zadanie rozłożyć obciążenie na poszczególne elementy w naszym przypadku na płatwie. Dzięki temu nie musimy zbierać obciążenia na pojedynczą płatew poprzez mnożenie obciążenia powierzchniowego przez rozstaw płatwi i zadawać go jako liniowego na każdej płatwi. Wybieramy z menu Load Distribution Area (Rys. 30). Pojawia się okno (Rys. 31). Po wybraniu opcji, które nas interesują nie zamykając okna zaznaczamy 4 skrajne punkty dachu jednej z połaci (Rys. 32), później drugiej. Rys. 30 Load Distribution Area Określamy numer grupy i numer elementu Wybieramy, na jakie grupy elementów ma się rozkładać obciążenie np. tylko płatwie. Rys. 31 Definicja Load Distribution Area 15

17 Rys. 32 Load Distribution Area Teraz przechodzimy do zadania obciążenia wiatrem i śniegiem (Rys 33). Rys. 33 Obciążenie śniegiem i wiatrem. Wybieramy Free Load Area Load. Pojawia się okno (Rys. 33). Przy otwartym okienku Free Area Loads wybieramy po kolei 4 punkty połaci. Klikamy jeszcze raz na pierwszy punkt w ten sposób zamkniemy obciążenie. 16

18 Wybieramy element, na który ma działać obciążenie (LAR). Niżej wpisujemy numer tej powierzchni. Wiatr zakładamy działający prostopadle do połaci (Type: Pz). Obciążenie śniegiem wybieramy jako rzutowane (Type: PZP). Rys. 33 Free Area Load W SOFiPLUSIE możemy także zdefiniować obciążenie ruchome. W naszym modelu będzie to robotnik, który może poruszać się po jednej z płatwi (Rys. 34). Linia, po której porusza się siła Rys. 34 Obciążenie ruchome (robotnik) W tym miejscu zadajemy pierwsze obciążenie. Wybieramy pierwsze obciążenie ( Free load Point Load ) (Rys. 35). Podobnie jak wcześniej, wybieramy miejsce obciążenia punkt na końcu płatwi. Zamykamy okienko. 17

19 Rys. 35 Free Point Load Klikamy na: obciążenia) i przyrost numeru przypadku obciążenia (np. 1)..Określamy liczbę kroków (lub wielkość kroku Rys. 36 Running Imposed Load Zaznaczamy linię (Rys. 34), po której ma poruszać się obciążenie (klikamy na dwa punkty: początek i koniec linii), potwierdzamy Enterem i wybieramy obciążenie, które ma się poruszać. 18

20 Krok 8. eksport do bazy danych wersja 2012 SofiSkrypt Teddy Export Animator Rys. 37 Ikony programów nad menu Klikamy na ikonkę Export (Rys. 37). Określamy wielkość podziału na elementy skończone np. 0,5 m (Rys. 38). Należy pamiętać, że wielkość elementu skończonego będzie miała wpływ na wyniki m.in. przy elementach belkowych (np. deformacja konstrukcji, dynamika) czy w przypadku elementów powłokowych czy przy elementach belkowych przy. Klikamy OK program przelicza nasz model (Rys. 39). UWAGA! Wielkość elementu skończonego możemy też określić przy definicji elementu strukturalnego (Rys. 22 Mesh Options). W tym miejscu zwróćmy uwagę na jednostki [mm]. Wielkość siatkowania na ES [mm] Rys. 38 Export 19

21 Rys. 39 Przeliczenie modelu. Ilość ostrzeżeń Ilość błędów ( Error ) Komunikaty Warning Rys. 40 Komunikaty po obliczeniach W Menu pojawiły się informacje wyskoczyły dwa komunikaty Warning (Rys. 40). Ich wystąpienie nie przerwało obliczeń. Po zapoznaniu się z nimi możemy coś poprawić w naszym modelu lub przejść dalej, jeśli stwierdzamy, że warning nie wpłynie na rezultaty obliczeń. Komunikat Error przerywa obliczenia. 20

22 Chcąc zobaczyć, jak wygląda model, klikamy na Animatora (Rys. 37). Pokazuje nam się wizualizacja modelu (Rys. 41). Jeśli wszystko się zgadza, przechodzimy do przeliczenia przyłożonego obciążenia. Rys. 41 Wizualizacja modelu Klikamy na ikonkę Teddy z poziomu programu (Rys. 37), otwiera się plik tekstowy. Dopisujemy formuły modułu (Rys. 42), który przeliczy nam obciążenie (moduł ASE). Rozpoczynamy od nagłówka head. Komenda lc (1 14 1) mówi programowi, że ma przeliczyć obciążenia od 1 do 14 (loadcase) z krokiem 1. Kończymy moduł poprzez end. Rys. 42 moduł ASE Klikamy, by program przeliczył moduł (ikonki powyżej przeliczą również inne moduły). Rys. 43 Fragment paska narzędzi w programie Teddy. 21

23 Krok 8. eksport do bazy danych wersja 2014 Największą różnicą między wersjami jest eksport danych. Dalej zostaje przedstawiona jedynie propozycja eksportu. W wersji 2014 można to zrobić kolejno wybierając: Rys. 44 Stworzenie modelu obliczeniowego. UWAGA! Wielkość elementu skończonego możemy też określić przy definicji elementu strukturalnego (Rys. 22 Mesh Options). W tym miejscu zwróćmy uwagę na jednostki [mm]. Wielkość siatkowania na ES [mm] Rys. 44 Export. Klikamy OK 22

24 Rys. 45 Otwieramy program SSD Rys. 46 Okno programu SSD. Rys. 47 Eksportujemy nasz model do pliku *.dat. 23

25 Klikamy OK Wybieramy elementy naszego modelu, które chcemy wyeksportować. Rys. 48 Eksport do pliku.dat Rys. 49 Program konwertuje model do pliku. 24

26 Rys. 50 Otwieramy plik tekstowy.dat Tak wyeksportowany plik możemy otworzyć za pomocą programu Teddy (program będzie omówiony w kolejnym skrypcie). Rys. 51 Otwieramy plik [nazwa]_exp.dat Dopisujemy na końcu tekstu formuły modułu (Rys. 52), który przeliczy nam obciążenie (moduł ASE). Rozpoczynamy od nagłówka head. Komenda lc (1 14 1) mówi programowi, że ma przeliczyć obciążenia od 1 do 14 (loadcase) z krokiem 1. Kończymy moduł poprzez end. Rys. 52 moduł ASE 25

27 Klikamy, by program przeliczył konstrukcję. Rys. 53 Fragment paska narzędzi w programie Teddy. Krok 9. prezentacja wyników Możemy odczytać wyniki, sprawdzić jak wygląda przyłożone obciążenie w programie WinGRAF:. Wchodzimy do niego poprzez jedną z ikonek w SOFIPLUSie lub Teddym. Wybieramy, co chcemy zobaczyć Wybieramy przypadek obciążenia. Rys. 54 Menu WinGRAFa 26

28 Na przykład: Loads All loads (Rys. 54) i przypadek obciążenia wiatrem. Pokazuje się obciążenie. Możemy sprawdzić, w jaki sposób powierzchnia LAR rozłożyła obciążenie (Rys. 55). Rys. 55 Obciążenie wiatrem (cała konstrukcja i jej fragment) 27