close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Sevastjyanov Informaz tehnol proekt zdan2014

код для вставкиСкачать
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
Строительный факультет
Кафедра информационных технологий
проектирования
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗДАНИЙ
Санкт-Петербург
2014
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
Строительный факультет
Кафедра информационных технологий проектирования
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗДАНИЙ
Методические указания
Санкт-Петербург
2014
1
УДК 681.31: 681.518
Рецензент канд. техн. наук, доцент Л. А. Трайнин (СПбГАСУ)
Информационные технологии проектирования зданий: метод. указания / сост.: О. А. Егорова, В. В. Севастьянов; СПбГАСУ. –
СПб., 2014. – 16 с.
Формулируются цели и задачи курсового проектирования по дисциплине «Информационные технологии проектирования зданий». Приводятся методика выполнения курсовой работы и правила ее оформления, варианты исходных данных.
Библиогр.: 3 назв.
Введение
Информационные технологии (ИТ) представляют собой технологические процессы сбора, обработки и передачи данных для получения новой информации, используемой в материальном производстве [1]. ИТ играют важную стратегическую роль в развитии любой
страны. Они:
активизируют и повышают эффективность использования
информационных ресурсов, обеспечивают экономию материальных
и трудовых ресурсов, социального времени;
оптимизируют и автоматизируют информационные процессы в период становления информационного общества;
играют ключевую роль в процессах получения, накопления,
распространения новых знаний по трем направлениям.
Первое направление – информационное моделирование, позволяющее проводить «вычислительный эксперимент» даже в условиях, которые невозможны при натуральном эксперименте из-за опасности, сложности и дороговизны.
Второе – основано на методах искусственного интеллекта, оно
позволяет находить решения слабо структуризованных проблем, задач с неполной информацией и нечеткими исходными данными.
Третье направление базируется на методах когнитивной графики, т. е. совокупности приемов и методов образного представления
условий задачи, которые позволяют сразу увидеть решение либо получить подсказку для его нахождения.
Цели и задачи курсового проектирования
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2014
2
Целями курсового проектирования по дисциплине «Информационные технологии проектирования зданий» являются углубление
и расширение теоретических знаний в области разработки и анализа
математических моделей напряженно-деформированного состояния
конструкций, выбора программно-вычислительных комплексов для
численного моделирования состояния конструкций, а также закрепление практических навыков по созданию расчетных схем строительных конструкций с использованием ПВК SCAD. В процессе выпол3
нения данной курсовой работы решается задача по созданию и анализу и сравнению результатов моделирования по двум математическим моделям, описывающим напряженно-деформированное состояние конструкций.
Задание на курсовое проектирование
Тема курсовой работы – «Построение математических моделей
и анализ результатов моделирования напряженно-деформированного состояния сферической оболочки». Основные геометрические размеры сферической оболочки и варианты исходных данных для курсовой работы приведены в прил. 2, рис. 1 и табл. 1, 2.
При выдаче задания решаются все организационные вопросы,
составляется план проведения индивидуальных занятий по вопросам
курсового проектирования с указанием дней и часов консультаций,
определяются источники исходной информации, порядок пользования средствами вычислительной техники в компьютерных центрах
университета.
Методика выполнения курсовой работы
В процессе курсового проектирования студенты используют два
вида математических моделей для исследования напряженно-деформированного состояния системы, в качестве которой выбрана строительная конструкция – сферическая оболочка. В ходе курсового проектирования предполагается использование основных положений
системного анализа в процессе исследования системы. При выполнении работы необходимо соблюдать основные принципы системного подхода – цели, целостности, сложности.
Для подготовки первой аналитической модели студенты используют соответствующие методы и построения. Анализ собранной информации позволяет сформулировать и обосновать основные допущения, лежащие в основе аналитической модели, диапазон ее использования, получить конечные нелинейные зависимости для
определения мембранных напряжений в оболочке. Расчет напряжений на каждом участке по высоте оболочки производится в программах MS Excel, MATLAB.
4
Второй вид модели создается на основе метода конечных элементов с помощью программно-вычислительного комплекса (ПВК)
SCAD. Модель создается на основе метода конечных элементов
с помощью ПВК SCAD. Построение модели осуществляется в следующей последовательности:
расчленение исследуемой системы на конечные элементы
и назначение узловых точек, в которых определяются узловые перемещения;
построение матриц жесткости;
формирование системы канонических уравнений, отражающих условия равновесия в узлах расчетной системы;
решение системы уравнений и вычисление значений узловых перемещений; определение компонентов напряженно-деформиро-ванного состояния исследуемой системы по найденным значениям узловых перемещений.
Предварительно перед открытием проекта SCAD выполняются следующие подготовительные операции:
в папке «Мои документы» создается папка SCAD с двумя
вложенными папками – SDATA, SWORK;
в окне управления проектом по пути Опции/Назначение рабочих каталогов (директорий) указываются имена каталогов, откуда
следует взять проект (SDATA) и куда следует помещать рабочие файлы и результаты (SWORK). Следует отметить, что данная операция
выполняется при каждом новом открытии программы SCAD.
После открытия нового проекта задаются идентификационные
данные проекта: имена файлов проекта, единицы измерения (в системе СИ), тип схемы – система общего вида, после чего программа
SCAD переходит в окно управления проектом. Окно управления проектом содержит дерево проекта, содержащее графический препроцессор подготовки исходных данных, расчетные линейные и нелинейные процессоры, графический постпроцессор анализа результатов расчета конструкции и модули печати таблиц результатов
и документирования. При необходимости вывода значений напряжений в узлах пластин следует установить соответствующий переключатель на вкладке «Результаты» по пути Опции/Настройка графической среды в окне управления проектом.
Для построения модели исследуемой системы и ввода исходных данных в SCAD используется графический препроцессор, кото5
рый в режиме графического диалога синтезирует расчетные схемы
плоскиx и пространственных стержневых и плоскостных конструкций типа ортогональных каркасов, оболочек произвольной формы
и т. д. С помощью препроцессора задаются:
топология системы (расчленение конструкции на конечные
элементы);
сечения элементов;
условия опирания;
нагрузочные состояния.
Интерфейс программы SCAD содержит строку заголовка, строку меню, панель инструментов, вкладки, рабочую область, строку
состояния.
Раздел Расчетная схема проекта SCAD включает вкладки Управление, Назначение, Загружение и ряд других.
Панель инструментов вкладки Управление содержит кнопку
выхода в экран управления проектом, кнопки восстановления исходного положения фильтров отображения и визуализации.
Фильтры служат для управления отображением расчетной схемы. С их помощью отбираются и фиксируются некоторые однотипные объекты расчетной схемы, с которыми предполагается организовать работу, назначаются вид и правила отображения характеристик
и атрибутов расчетной схемы, узлов и элементов, отображаются проекции расчетной схемы на заданные плоскости общей системы координат, повороты схемы и т. д.
Кнопка Сохранение образа экрана позволяет сохранить текущее
отображение схемы в формате метафайла (файл с расширением .wmf)
для использования в пояснительной записке в качестве рисунка.
Задание топологии расчетной схемы конструкции осуществляется на вкладке Схема. Для формирования сферической оболочки
используется кнопка панели инструментов Создание поверхности
вращения. В открывающемся диалоговом окне выбирается форма,
указываются геометрические размеры оболочки, тип и форма элемента – четырехугольные пластины. При вводе числовых данных разделителем дробной и целой части числа является точка.
Задание жесткостных характеристик элементов расчетной схемы осуществляется на вкладке Назначение. Перед выполнением
любой операции с элементом или узлом расчетной схемы его необхо-
димо выбрать. Выбрать – это значит указать курсором на объект
и нажать на левую кнопку мыши, после чего объект маркируется красным
цветом. В комплексе SCAD используются несколько видов курсора:
перекрестье с центральной мишенью – для выбора одного
узла или элемента;
перекрестье с изображением прямоугольника – для выбора группы узлов или элементов с помощью рамки прямоугольной формы;
перекрестье с изображением произвольного многоугольника – для выбора группы узлов или элементов с помощью рамки произвольной формы.
Выбор вида курсора и типа отмечаемых объектов (узлы или элементы) осуществляется кнопками строки состояния.
После выбора элементов схемы жесткостные характеристики
задаются в диалоговом окне, вызываемом кнопкой Назначение жесткостей пластинам. Подтверждение введенных данных осуществляется нажатием на соответствующую кнопку панели инструментов. Визуальную проверку задания жесткостей можно осуществить
с помощью кнопки Номера типов жесткости на фильтре отображения.
Условия опирания расчетной схемы задаются с помощью установки связей в опорных узлах расчетной схемы по выбранным направлениям степеней свободы. После выбора опорных узлов и вызова диалогового окна Связи кнопкой панели инструментов Установка связей в узлах указываются направления степеней свободы, по
которым накладываются ограничения. Подтверждение введенных
данных осуществляется нажатием на соответствующую кнопку панели инструментов. Выбираемые опорные узлы и накладываемые
связи должны соответствовать условиям опирания, принятым при
построении аналитической модели. Визуальную проверку задания
связей можно осуществить нажатием кнопки Связи на фильтре отображения.
Нагрузочные состояния задаются на вкладке Загружения. Режим задания нагрузок включает ряд функций, обеспечивающих автоматическое формирование собственного веса конструкции, задание динамических и статических нагрузок различного вида на узлы
и элементы схемы, сохранение назначенных нагрузок в виде загружений.
6
7
Для ввода нагрузок необходимо выполнить следующий набор
операций:
нажать кнопку задания нагрузок на данный тип элемента
и назначить в появившемся диалоговом окне вид, направление и значение первой нагрузки;
выбрать на схеме элементы, которым назначается нагрузка;
подтвердить назначение нажатием соответствующей кнопки
в инструментальной панели;
повторить описанные выше действия для второго вида нагрузки первого загружения.
Активирование соответствующих виду нагрузок кнопок фильтра отображения позволяет показать введенные нагрузки и их численные значения на расчетной схеме.
Для записи загружения надо нажать на кнопку L в инструментальной панели. В диалоговом окне Сохранить загружение ввести
имя загружения. Номер загружения будет присвоен автоматически.
При выполнении курсовой работы следует создать два загружения с одной нагрузкой в каждом. Первое загружение содержит нагрузку от собственного веса материала оболочки и задается программой автоматически при нажатии кнопки панели инструментов Собственный вес. Второе загружение Полезная нагрузка включает
нагрузку, распределенную по линии верхнего отверстия оболочки. Для
его задания следует предварительно выделить элементы, примыкающие к верхнему отверстию, назначить вид, направление и значение
нагрузки и после подтверждения назначения выбрать узлы, образующие верхнее кольцо оболочки.
После создания и записи загружений следует выйти в экран проекта для задания комбинации загружений. Комбинации загружений
создаются по пути Специальные исходные данные/Комбинации загружений. В открывающемся диалоговом окне задаются коэффициенты, с которыми загружения входят в комбинацию (равны единице),
и осуществляется запись комбинации. После выполнения этих операций формирование расчетной схемы и ввод исходных данных завершаются.
Для проведения расчета по созданной модели конструкции переходят в раздел Расчет/Линейный. Если при выполнении вычислений протокол расчета не содержит строк, отмеченных красными вос-
клицательными знаками, расчетная схема и исходные данные в целом заданы верно и можно переходить к анализу результатов расчета. В противном случае следует проверить правильность задания исходных данных на каждом этапе.
Результаты расчета напряженно-деформированного состояния оболочки в виде полей напряжений при различных загружениях
необходимо проанализировать с помощью графического постпроцессора в разделе Результаты/Графический анализ.
Данные расчетов по двум моделям заносятся в сводную таблицу, в которой определяется относительное расхождение результатов
между моделями по каждому из мембранных напряжений на всех
участках оболочки, соответствующих наименьшему числу разбиения
оболочки по высоте. По результатам сравнения напряжений формулируются выводы по адекватности и возможности применения исследованных моделей.
На последнем этапе курсовой работы исследуют чувствительность моделей. Для определения коэффициентов чувствительности K
аналитической модели находят частные производные от мембранных
напряжений по выбранному параметру (P, R, d, g, f0). Вычисляют
значения коэффициентов чувствительности по полученным формулам для наименьшего разбиения и анализируют их величину. При
значительных значениях Kx, Ky (100–10 000) изменяют параметр на
2–5 % и проводят расчет в SCAD с новым значением параметра. При
небольших величинах коэффициента чувствительности (<10) изменяют параметр на 5–10 % и проводят расчет. Значение коэффициента
чувствительности K для численной модели определяется по формуле:
8
9
∂N
.
∂ρ
После завершения разработки электронной части курсовой работы оформляется пояснительная записка.
Kρ =
Содержание пояснительной записки
Содержание пояснительной записки определяется в основном
заданием на курсовое проектирование. В записке должны быть
отражены:
расчетная схема оболочки для исследования численным методом (SCAD) с указанием нагрузок и связей;
рисунки полей напряжений (Nx, Ny) по результатам расчета
в ПВК SCAD с указанием числовых значений напряжений на
участках;
значения деформаций по оси z в узловых точках расчетной
схемы по результатам расчета в ПВК SCAD;
выводы по результатам сравнения результатов моделирования, в том числе:
 результаты сравнения напряжений по SCAD при различных
разбиениях по высоте;
 вывод о прекращении или продолжении расчета по достижении требуемой точности;
 сравнение коэффициентов чувствительности моделей.
Оформление курсовой работы
Курсовая работа состоит из пояснительной записки объемом
10–15 страниц формата А4 и файла проекта SCAD с расширением .spr,
записанного в папке сервера университета.
Пояснительная записка включает:
титульный лист (см. прил. 1);
оглавление с указанием страниц расположения материала;
текст пояснительной записки с иллюстративными материалами;
перечень использованной литературы;
приложения (если в этом есть необходимость).
Оформление пояснительной записки должно соответствовать
требованиям ЕСКД, текст следует набирать шрифтом размером
12–14 пт, через 1,5 интервала, с выравниванием по ширине, нумерацией заголовков и использованием абзацев. Таблицы и рисунки должны быть пронумерованы и подписаны.
В приложении могут приводиться любые материалы, которые,
по мнению автора курсовой работы, обосновывают принятые ими
решения (источники информации, страницы сайтов, расчеты и т. д.).
10
Защита курсовой работы
Порядок защиты курсовой работы по дисциплине «Информационные технологии проектирования зданий» определяется действующими правилами.
При определении общей оценки за курсовую работу учитывается не только качество полученных результатов, но и качество защиты, которое определяется четкостью и логичностью доклада, глубиной и грамотностью ответов на поставленные вопросы.
Студент, не допущенный руководителем к защите или получивший по результатам защиты неудовлетворительную оценку, дорабатывает курсовую работу и представляет ее к повторной защите.
Рекомендуемая литература
1. Пеньковский Г. Ф. Основы информационных технологий и автоматизированного проектирования в строительстве: конспект лекций / Г. Ф. Пеньковский; СПбГАСУ. – СПб., 2008. – 150 с.
2. Тимошенко С. П. Пластинки и оболочки / С. П. Тимошенко, С. Войновский-Кригер. – М.: Наука, 1966. – 636 с.
3. Карпиловский В. С. SCAD для пользователя / В. С. Карпиловский,
В. З. Криксунов.– Киев: ВВП «Компас», 2000. – 332 с.
11
Приложение 1
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Приложение 2
Варианты заданий по курсовой работе
R2
P
Кафедра информационных технологий проектирования
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Информационные технологии проектирования зданий»
h
О
На тему:_______________________________________________________
__________________________________________________________
R
Работу выполнил(а) студент(ка)___________________________________
R1
(Подпись)
(ФИО)
Группа________________________________________________________
Руководитель___________________________________________________
(Ученая степень, ученое звание)
____________________________________________________
О
Рис. 1. Основные геометрические размеры оболочки
Таблица 1
Исходные данные для вариантов заданий
(Подпись)
(ФИО)
Санкт-Петербург
201_ г.
12
Номер
варианта
R, м
R1, м
R2, м
δ, м
p, кH/м
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
4,0
4,0
4,0
4,0
4,0
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
5,0
5,0
5,0
3,8
3,8
3,6
3,5
3,3
4,2
4,0
3,8
3,6
4,2
4,0
4,2
4,4
0,9
0,9
1,0
1,2
0,8
0,7
1,2
1,0
0,9
0,8
0,7
0,5
1,0
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,007
0,007
0,007
0,007
0,007
0,008
0,008
0,008
5,0
13,0
12,0
10,0
15,0
5,0
10,0
13,0
15,0
6,0
6,0
5,0
3,0
13
Продолжение табл. 1
Номер
варианта
R, м
R1, м
R2, м
δ, м
p, кH/м
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
5,0
5,0
5,5
5,5
5,5
5,5
5,5
6,0
6,0
6,0
6,0
6,0
6,3
6,3
6,3
6,3
6,3
6,5
6,5
6,5
6,5
6,5
7,0
7,0
7,0
7,0
7,0
7,2
7,2
7,4
7,4
7,6
4,6
4,8
4,0
4,2
4,5
4,8
5,0
4,0
4,2
4,5
5,0
5,5
5,0
5,2
5,3
5,4
5,8
4,0
4,2
4,5
4,6
4,8
5,0
5,2
5,4
5,5
5,6
5,2
5,2
5,2
5,4
5,4
1,2
1,4
0,7
0,6
1,0
1,2
1,4
0,8
0,5
1,0
1,2
1,5
1,6
0,8
1,0
1,2
1,4
0,8
0,9
1,0
1,2
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
2,0
2,2
2,2
2,4
0,008
0,008
0,010
0,010
0,010
0,010
0,010
0,012
0,012
0,012
0,012
0,012
0,010
0,010
0,010
0,010
0,010
0,012
0,012
0,012
0,012
0,012
0,012
0,012
0,012
0,012
0,012
0,010
0,010
0,008
0,008
0,006
12,0
10,0
5,0
15,0
13,0
12,0
10,0
6,0
16,0
14,0
13,0
11,0
6,0
7,0
8,0
9,0
12,0
16,0
15,0
18,0
20,0
22,0
24,0
26,0
28,0
30,0
32,0
16,0
15,0
18,0
20,0
22,0
14
Окончание табл. 1
Номер
варианта
R, м
R1, м
R2, м
δ, м
p, кH/м
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
7,6
7,8
7,8
8,0
8,0
8,2
8,2
8,4
8,4
8,6
5,6
5,8
5,8
6,0
6,0
6,2
6,2
6,4
6,4
6,5
2,4
2,6
2,6
2,8
2,8
3,0
3,0
1,5
1,5
1,2
0,006
0,005
0,005
0,005
0,006
0,006
0,005
0,005
0,005
0,006
24,0
26,0
28,0
30,0
32,0
24,0
26,0
28,0
30,0
32,0
Таблица 2
Удельный вес материала оболочки и количество
участков разбиения
γ, кН/м3
77,0
nr
12
nh
Задается преподавателем
15
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ............................................................................................................... 3
Цели и задачи курсового проектирования ......................................................... 3
Задание на курсовое проектирование................................................................. 4
Методика выполнения курсовой работы ............................................................ 4
Содержание пояснительной записки .................................................................. 9
Оформление курсовой работы .......................................................................... 10
Защита курсовой работы ................................................................................... 11
Рекомендуемая литература ................................................................................ 12
Приложение 1 ..................................................................................................... 13
Приложение 2 ..................................................................................................... 14
Учебное издание
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗДАНИЙ
Методические указания
Составители: Егорова Ольга Александровна
Севастьянов Владимир Викторович
Редактор В. А. Преснова
Корректор М. А. Молчанова
Компьютерная верстка И. А. Яблоковой
Подписано к печати 17.12.14. Формат 60 84 1/16. Бум. офсетная.
Усл. печ. л. 0,93. Тираж 100 экз. Заказ 115. «С» 71.
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.
190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.
Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.
16
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
292 Кб
Теги
tehno, proekt, zdan2014, sevastjyanov, informat
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа