Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение

«Липецкий государственный технический университет»

Инженерно-строительный факультет

«УТВЕРЖДАЮ»

Декан ИСФ В. И. Бабкин

«_» _ 2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«ПРОГРАММНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ»

Направление подготовки: 270800.62 «Строительство»

Профиль подготовки: промышленное и гражданское строительство Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Нормативный срок обучения: 4 года Форма обучения: очная Составитель: к. т. н., доцент _ Н. Ю. Тезиков Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Металлические конструкции»

«_» _ 2011 г., протокол № _ Заведующий кафедрой «Металлические конструкции»

д. т. н., профессор _ В. В. Зверев «_» _ 2011 г.

Липецк – Содержание Стр.

1. Цель освоения дисциплины ……………………………………………………… 2. Место дисциплины в структуре ООП …………………………………………… 3. Компетенции студента …………………………………………………………… 4. Структура, объём, содержание дисциплины и оценочных средств ……… 4.1. Сводные данные дисциплины по учебному плану …………………… 4.2. Трудоёмкость и структура дисциплины ………………………………… 4.3. Содержание дисциплины по видам занятий …………………………… 4.3.1. Лекции ………………………………………………………………… 4.3.2. Практические занятия ……………………………………………… 5. Образовательные технологии …………………………………………………… 6. Оценочные средства ……………………………………………………………… 6.1. Практические занятия и текущий контроль …………………………… 6.2. Промежуточная аттестация ……………………………………………… 6.3. Итоговый экзамен …………………………………………………………… 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины …… 7.1. Основная литература ……………………………………………………… 7.2. Дополнительная литература ……………………………………………… 7.3. Факультативная литература ……………………………………………… 7.4. Учебно-методическое обеспечение и Интернет-ресурсы …………… 8. Материально-техническое обеспечение ……………………………………… 1. Цель освоения дисциплины Целью дисциплины «Программно-вычислительные комплексы» является формирование у студентов знаний о принципах создания адекватных компьютерных моделей, служащих для расчётов объектов строительства, формирования умений и навыков практической работы в программном комплексе SCAD Structure по расчёту строительных конструкций.

В процессе практической работы с программным комплексом SCAD Structure у студентов закрепляются основные понятия дисциплин «Сопротивление материалов»

и «Строительная механика», студенты получают как представление о том, как в программах реализованы теоретические методы «Сопротивления материалов» и «Строительной механики», так и навыки практической работы в проектирующих системах.

Дисциплина способствует:

повышению уровня фундаментальной подготовки студентов в области информационных технологий;

улучшению ориентированности студентов в программных комплексах, служащих для расчётов строительных конструкций;

развитию логического мышления, способностей к творческой работе со средствами вычислительной техники.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать:

основы решения задач прочности стержневых элементов (в упругой линейной постановке) с помощью дифференциального уравнения изогнутой оси и с помощью принципа возможных перемещений;

области применения и возможности программ, реализующих метод конечных элементов;

проблемы теории метода конечных элементов и пути её развития; проблемы компьютерной реализации метода конечных элементов;

теоретические основы моделирования стержневых систем и поверхностей;

классы конструкций и задач, соответствующие теории геометрической нелинейности; методы решения нелинейных задач;

методику расчёта сооружений с учётом последовательности монтажа;

методику расчёта сооружений совместно с грунтовым основанием;

основы теории графов и её приложение к расчёту на сочетания нагрузок;

физический смысл расчётов на устойчивость, реализованных в программных особенности моделирования сооружений для расчётов на динамические уметь (в рамках программного комплекса SCAD Structure):

выбирать типы расчётных схем и конечных элементов, наилучшим образом соответствующих целям моделирования;

задавать сетку разбивочных осей и высотные отметки;

в автоматизированном режиме создавать типовые фермы и рамы, а также изгибаемые плиты с требуемыми геометрическими и физическими параметрами;

пользоваться встроенным графическим редактором для создания моделей и выполнять автоматическую триангуляцию в заданных контурах;

создавать плоские и пространственные расчётные схемы произвольной конфигурации путём последовательного ввода узлов и элементов;

присваивать атрибуты узлам и конечным элементам – опорные закрепления, жесткостные характеристики, жёсткие вставки, шарниры, ориентацию главных прикладывать нагрузки к узлам, стержневым и плоским конечным элементам;

редактировать конфигурацию модели, свойства конечных элементов и нагрузки;

управлять визуализацией модели;

устанавливать параметры статического расчёта и выполнять статический расчёт;

формировать результаты статических расчётов (перемещения узлов, усилия и напряжения в элементах) в графическом и текстовом виде;

владеть (в рамках программного комплекса SCAD Structure):

стандартными приёмами создания моделей по прототипу, обладающих требуемыми параметрами;

навыками создания и редактирования моделей с помощью встроенного графического редактора;

навыками последовательного ввода узлов и элементов, присвоения им требуемых свойств, ввода нагрузок;

практическими средствами редактирования модели;

технологией формирования результатов расчётов в графическом и текстовом Дисциплина «Программно-вычислительные комплексы» входит в вариативную часть цикла Б.2 «Математический и естественнонаучный цикл» ФГОС ВПО по направлению подготовки 270800 «Строительство».

Для изучения дисциплины необходимы общеобразовательные и профессиональные компетенции, сформированные у студентов в результате освоения следующих дисциплин ООП подготовки бакалавра: «Математика», «Начертательная геометрия», «Теоретическая механика», «Механика грунтов», «Основы архитектуры и строительных конструкций», «Сопротивление материалов».

Дисциплина формирует общеобразовательные и профессиональные компетенции, необходимые для курсового проектирования по следующим дисциплинам ООП подготовки бакалавра: «Металлические конструкции», «Железобетонные конструкции», «Конструкции из дерева и пластмасс», «САПР в строительстве», а также для выполнения выпускной квалификационной работы (дипломного проекта).

При освоении дисциплины «Программно-вычислительные комплексы» формируются следующие компетенции из ФГОС ВПО:

владение культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1);

стремление к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОКосознание социальной значимости своей будущей профессии, обладание высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК-8);

способность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-2);

владение основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, навыками работы с компьютером как средством управления информацией (ПК-5);

владение технологией проектирования деталей и конструкций в соответствии с техническим заданием с использованием стандартных прикладных расчётных и графических программных пакетов (ПК-10);

знание научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по профилю деятельности (ПК-17).

4. Структура, объём, содержание дисциплины и оценочных средств Дисциплина «Программно-вычислительные комплексы» изучается в течение одного семестра (2 курс, 4 семестр) и имеет общую трудоёмкость 108 часов (3 зачётные единицы).

Лекционные занятия (34 часа) составляют 31,5% от общей трудоёмкости и 66,7% от аудиторных занятий. Темы лекций приведены в подразделе 4.3.

В течение семестра студенты обязаны выполнить практическую работу по темам. Практическая работа соответствует тематике лекционного материала и выполняется студентами на практических занятиях и самостоятельно с помощью «Методических указаний к практическим занятиям по дисциплине «Программновычислительные комплексы»». Задания для практической работы составляются по индивидуальным для каждого студента исходным данным. Задания охватывают наиболее употребительные приёмы работы в программном комплексе SCAD Structure. Сроки выполнения практической работы приведены в подразделе 4.2.

Практические занятия проводятся в компьютерном классе ИСФ, оснащённом лицензионным программным обеспечением. Не менее 60 минут каждого учебного практического занятия проводится в интерактивной форме. Это время отведено: 1) ответам на вопросы студентов в форме показа практических приёмов работы в системе SCAD Structure, 2) демонстрации студентом выполненной работы и приобретённых навыков по теме практического занятия, 3) осуществлению текущего контроля в форме «вопрос – операция в системе SCAD Structure». Удельный вес практических занятий в интерактивной форме составляет 25,9% аудиторных занятий.

Самостоятельная работа студента предполагает: 1) практическую работу над индивидуальными заданиями по темам практических занятий, 2) подготовку к итоговому экзамену. Выполнение студентом самостоятельной работы возможно в компьютерном классе ИСФ в свободное от занятий время.

Индивидуальная работа студента с преподавателем проводится в компьютерном классе ИСФ на консультациях, запланированных для индивидуальных заданий.

Текущий контроль осуществляется по темам практических занятий. Текущий контроль проводится в компьютерном классе ИСФ на практических занятиях и консультациях, запланированных для текущего контроля, в форме «вопрос – ответ или операция в системе SCAD Structure».

Промежуточная аттестация проводится в сроки, установленные УМУ ЛГТУ. Для получения положительной аттестации студент обязан выполнить работы, предусмотренные практическими занятиями по темам №1 («Расчёт плоских рам») и № («Экстраполяция Ричардсона»), и успешно пройти текущий контроль по указанным темам в объёме вопросов, представленных в подразделе 6.1.

Итоговый экзамен проводится в экзаменационную сессию в форме индивидуального собеседования. Экзаменационные вопросы приведены в подразделе 6.3.

Курс Лекция 1. Решение задач прочности и устойчивости в упругой линейной постановке Лекция 2. Метод конечных элементов (МКЭ) и промышленные расчётные программы Лекция 3. Программные интерфейсы МКЭ Лекция 4. Проблемы теории МКЭ и пути её совершенствования Лекция 5. Повышение точности расчётов на уровне моделирования сооружений Лекция 6. Моделирование стержневых систем Лекция 7. Моделирование поверхностей Лекция 8. Решение геометрически нелинейных задач Лекция 9. Моделирование последовательности монтажа конструкций Лекция 10. Расчёт сооружений совместно с грунтовым основанием Лекция 11. Комбинации загружений (КЗ) и расчётные сочетания нагрузок (РСН) Лекция 12. Решение задач устойчивости Лекция 13. Решение задач динамики Лекция 14. Анализ и интерпретация результатов Практические занятия по теме 1. Расчёт плоских рам Практические занятия по теме 2. Экстраполяция Ричардсона Практические занятия по теме 3. Анализ главных и эквивалентных напряжений Практические занятия по теме 4. Моделирование пространственных каркасов Подготовка к экзамену 4.3. Содержание дисциплины по видам занятий Лекция 1 Решение задач прочности и устойчивости в упругой линейной почаса) становке Условия равновесия конструкции и части конструкции. Внутренние усилия. Деформации и внутреннее сопротивление, причины разрушения конструкции.

Прочность прямого бруса. Дифференциальное уравнение изогнутой оси, его линеаризация. Классы конструкций и расчётов, допускающие линеаризацию. Интегрирование дифференциального уравнения. Граничные условия и условия сопряжения. Примеры расчёта однопролётной шарнирно опёртой балки и консольной балки.

Прочность прямого бруса. Принцип возможных перемещений, равновесные состояния. Работа внутренних усилий (потенциальная энергия упругих деформаций). Работа внешних нагрузок. Полная энергия, функционалы. Аппроксимация изогнутой оси, методика прямого приближённого решения. Примеры расчёта однопролётной шарнирно опёртой балки и консольной балки, сходимость приближённых Лекция 2 Метод конечных элементов (МКЭ) и промышленные расчётные прочаса) граммы Общий ход решения задач на основе МКЭ. Этапы МКЭ (разбиение конструкции на конечные элементы, выбор аппроксимирующих функций для конечных элементов, решение задачи). Граничные условия и условия сопряжения элемента в системе.

Характеристики промышленных расчётных программных комплексов. Расчётные схемы и компьютерные модели. Области применения МКЭ, реализованные в SCAD Structure и ANSYS.

Лекция 3 Программные интерфейсы МКЭ (6 часов) Единицы измерения.

Системы координат – глобальная (прямоугольная, цилиндрическая, сферическая, тороидальная), локальные, связанные с элементами и узлами. Назначение систем координат.

Автоматизированное создание фрагментов моделей в SCAD Structure – ферм, плоских и пространственных рам, плит и балочных ростверков, поверхностей вращения, аналитических поверхностей, объектов произвольной конфигурации с помощью графических редакторов. Неавтоматизированный ввод узлов и элементов.

Типы конечных элементов SCAD Structure, допустимые степени свободы, типы расчётных схем. Условия примыкания стержней друг к Объекты ANSYS – ключевые точки (keypoint), отрезки (line), области (area), объёмные области (volume), узлы, элементы. Автоматизированное создание графических примитивов в ANSYS. Твёрдотельная и конечно-элементная модели в ANSYS.

Жесткостные характеристики конечных элементов (стержней, плит и оболочек, объёмных элементов). Ориентация главных осей сечения стержней. Использование жёстких вставок.

Узловые связи, коэффициенты упругого основания. Объединение перемещений узлов. Применение специальных элементов SCAD Structure (связи конечной жёсткости, законтурные элементы плиты, вантовые элементы, твёрдые тела).

Приложение нагрузок в SCAD Structure – собственного веса, узловых, на стержни, на пластины, на объёмные элементы, температурных воздействий, смещения опор. Приложение нагрузок к объектам Средства редактирования моделей.

Загружения, комбинации загружений и расчётные сочетания усилий в SCAD Structure. Ограничения на применение методик КЗ и РСУ.

Визуализация модели и средства анализа исходной информации Просмотр и анализ результатов статических расчётов. Постпроцессорная обработка результатов в SCAD Structure, проверка/подбор сечений из металлопроката, расчёт армирования.

Лекция 4 Проблемы теории МКЭ и пути её совершенствования (2 часа) Недостатки МКЭ в перемещениях. Способы представления результатов расчётов. Задача сглаживания усилий и напряжений.

Направления развития МКЭ – разработка новых конечных элементов по принципу «p-метода», решение задач по принципу «hметода». Описание диаграмм работы материала, физическая нелинейность и нелинейная упругость. Проблемы реализации физической Лекция 5 Повышение точности расчётов на уровне моделирования сооружечаса) ний Проблемы решения систем линейных алгебраических уравнений.

Уменьшение размерности задач с помощью «суперэлементов». Подбор параметров «суперэлемента». Расчёт «суперэлемента», зона чувствительности «суперэлемента».

Матрица жёсткости модели. Примеры составления матриц жёсткости. Причины плохой обусловленности матрицы жёсткости и неустойчивости решения.

Погрешности компьютерных моделей. Оценка погрешностей параметров модели. Учёт начальных несовершенств в EuroCode-3.

Лекция 6 Моделирование стержневых систем (2 часа) Диаметр «h» конечного элемента. Теорема о точности решения одномерных задач. Нелинейные стержневые модели, учёт продольных сил.

Расчёт плоских и пространственных ферм. Учёт соотношения жесткостей поясов и решётки, расцентровки элементов в узлах. Методика расчёта ферм с жёсткими узлами.

Лекция 7 Моделирование поверхностей (2 часа) Системы с двумерными конечными элементами. Сеточные генераторы программных комплексов.

Оценка погрешности расчётов при решении задач по принципу «hметода». Метод последовательных решений. Экстраполяция Ричардсона.

Несовместность конечных элементов. Сопряжение конечных элементов различной мерности. Моделирование монолитных плитнобалочных перекрытий.

Лекция 8 Решение геометрически нелинейных задач (2 часа) Предпосылки линейных и нелинейных расчётов. Степени геометрической нелинейности, их реализация в программных комплексах.

Потеря единственности решения.

Алгоритм шагового метода для решения нелинейных задач. Разновидности шагового метода.

Лекция 9 Моделирование последовательности монтажа конструкций (2 часа) Методика расчёта сооружений с учётом последовательности монтажа. «Генетическая нелинейность». Выбор последовательности расчётных схем.

Лекция 10 Расчёт сооружений совместно с грунтовым основанием (2 часа) Модели грунтовых оснований – модель Винклера, модель упругого полупространства, модель упругого слоя конечной толщины, модель упругого основания с двумя коэффициентами постели, модель основания с «полубесконечными» конечными элементами, модель «ССС», модель в виде физически нелинейных конечных элементов.

Области применения различных моделей.

Лекция 11 Комбинации загружений (КЗ) и расчётные сочетания нагрузок (РСН) (2 часа) Классификация и сочетания нагрузок в соответствии с действующей нормативной базой.

Граф сочетаний загружений. Способы задания КЗ и РСН в программных комплексах. Особенности алгоритмов КЗ и РСН. Конструирующие подсистемы в программных комплексах.

Лекция 12 Решение задач устойчивости (2 часа) Физический смысл задач устойчивости, критическая нагрузка.

Устойчивость сжатого стержня по Эйлеру.

Решение задач устойчивости в программных комплексах. Методика вычисления коэффициента запаса. Физический смысл коэффициента запаса. Различное влияние различных нагрузок на устойчивость.

Роль дополнительных связей в задачах устойчивости.

Лекция 13 Решение задач динамики (2 часа) Динамические нагрузки, действующие на строительные объекты.

Автоматизация вычислений ветровых, сейсмических и произвольных динамических воздействий на сооружения в SCAD Structure.

Особенности динамических расчётов в создании геометрической модели, задании свойств материалов, задании динамических свойств сооружения, учёта размеров сооружения.

Метод Фурье решения динамических задач, его реализация в программных комплексах.

Лекция 14 Анализ и интерпретация результатов (2 часа) Оценка достоверности результатов. Формальные и содержательные ошибки. Стандартные приёмы анализа результатов.

Анализ результатов для оценки проектных решений. Автоматизация обработки и анализа результатов.

Итого: 34 часа Задание к теме №1 «Расчёт плоских рам».

1) Создать проект, имеющий тип схемы 2 (плоская рама). Сохранить файл проекта в формате «Фамилия1.SPR» (в имени файла указывается фамилия студента и порядковый номер задания) для последующей защиты задания.

2) Создать плоскую ферму в соответствии с исходными данными, добавить узлы и элементы колонн, ввести горизонтальные жёсткие вставки в элементы колонн, откорректировать типы конечных элементов, задать опорные закрепления колонн.

3) Назначить колоннам и элементам фермы профили металлопроката.

4) Вычислить узловые нагрузки, действующие на ферму, приложить их к узлам расчётной модели и сохранить в виде загружения.

5) Выполнить статический расчёт модели, вывести на экран эпюры внутренних усилий – M, Q, N.

Исходные данные к заданию по теме №1: тип фермы, пролёт рамы и высота фермы в осях элементов, высотная отметка низа фермы, угол наклона (фермы или верхнего пояса – в зависимости от типа фермы), шаг рам, распределённая по площади нагрузка от покрытия.

Практическое занятие №1. Тема – №1. Продолжительность – 2 часа.

Структура и содержание занятия:

вводная часть (10 минут): объяснение цели и содержания занятия, выдача заданий по теме №1 и методических материалов ко всем заданиям;

1 основная часть (15 минут): объяснение структуры методических материалов, принципов работы над индивидуальным заданием;

2 основная часть (60 минут): показ практических приёмов работы в системе SCAD Structure по теме занятия, в том числе при ответах на вопросы студентов;

заключительная часть (5 минут): подведение итогов занятия, ответы на общие вопросы.

Практическое занятие №2. Тема – №1. Продолжительность – 2 часа.

Структура и содержание занятия:

вводная часть (5 минут): объяснение цели и содержания занятия;

основная часть (80 минут): ответы на вопросы студентов в форме показа практических приёмов работы в системе SCAD Structure, демонстрация студентами выполненного задания, приобретённых навыков по теме практического занятия и защита задания;

заключительная часть (5 минут): подведение итогов занятия, ответы на общие вопросы.

Задание к теме №2 «Экстраполяция Ричардсона».

1) Создать проект, имеющий тип схемы 3 (балочный ростверк, плита). Сохранить файл проекта в формате «Фамилия21.SPR» (в имени файла указывается фамилия студента, порядковый номер задания и порядковый номер проекта в задании) для последующей защиты задания.

2) Сгенерировать прямоугольную сетку элементов плиты на плоскости. Плотность сетки – 44. Указать материал (бетон заданного класса прочности) и толщину плиты. Назначить конечным элементам требуемый тип. Установить связи по контуру плиты. Задать собственный вес и внешнюю нагрузку на плиту, сохранив их в различных загружениях.

3) Выполнить статический расчёт модели, вывести на экран эпюры прогибов f, внутренних усилий Mx, My, Qx, Qy. Зафиксировать максимальные значения f, Mx, My (в середине плиты) и Qx, Qy (на опорах).

4) Повторить пункты 1…3 с плотностью сетки 88. Проект сохранить в файле «Фамилия22.SPR».

5) Повторить пункты 1…3 с плотностью сетки 1616. Проект сохранить в файле «Фамилия23.SPR».

6) По методике, реализующей экстраполяцию Ричардсона, вычислить уточненные величины прогибов и внутренних усилий.

Исходные данные к заданию по теме №2: размеры плиты в плане и толщина плиты, класс бетона по прочности на сжатие, распределённая по площади нагрузка на плиту.

Практическое занятие №3. Тема – №2. Продолжительность – 2 часа.

Структура и содержание занятия:

вводная часть (10 минут): объяснение цели и содержания занятия, выдача заданий по теме №2;

1 основная часть (15 минут): объяснение принципов работы над индивидуальным заданием;

2 основная часть (60 минут): показ практических приёмов работы в системе SCAD Structure по теме занятия, в том числе при ответах на вопросы студентов;

заключительная часть (5 минут): подведение итогов занятия, ответы на общие вопросы.

Практическое занятие №4. Тема – №2. Продолжительность – 2 часа.

Структура и содержание занятия:

вводная часть (5 минут): объяснение цели и содержания занятия;

основная часть (80 минут): ответы на вопросы студентов в форме показа практических приёмов работы в системе SCAD Structure, демонстрация студентами выполненного задания, приобретённых навыков по теме практического занятия и защита задания;

заключительная часть (5 минут): подведение итогов занятия, ответы на общие вопросы.

Задание к теме №3 «Анализ главных и эквивалентных напряжений».

1) Создать проект, имеющий тип схемы 5 (система общего вида). Сохранить файл проекта в формате «Фамилия3.SPR» для последующей защиты задания.

2) С помощью встроенного в SCAD Structure графического редактора создать чертёж детали, включающий внешний контур и внутренние отверстия, и сохранить в виде файла.

3) Преобразовать полученную стержневую модель в замкнутые контуры и сгенерировать треугольную сетку плоских конечных элементов в созданных контурах. Для конечных элементов задать материал и толщину. Удалить стержневые элементы.

Ввести опорные закрепления и заданную нагрузку.

4) Выполнить статический расчёт, произвести постпроцессорную обработку результатов с выводом на экран главных напряжений 1, 2, 3 и напряжений Е, соответствующих четвёртой теории прочности.

Исходные данные к заданию по теме №3: конфигурация и толщина детали, материал детали, способ закрепления детали, действующая нагрузка.

Практическое занятие №5. Тема – №3. Продолжительность – 2 часа.

Структура и содержание занятия:

вводная часть (10 минут): объяснение цели и содержания занятия, выдача заданий по теме №3;

1 основная часть (15 минут): объяснение принципов работы над индивидуальным заданием;

2 основная часть (60 минут): показ практических приёмов работы в системе SCAD Structure по теме занятия, в том числе при ответах на вопросы студентов;

заключительная часть (5 минут): подведение итогов занятия, ответы на общие вопросы.

Практическое занятие №6. Тема – №3. Продолжительность – 2 часа.

Структура и содержание занятия:

вводная часть (5 минут): объяснение цели и содержания занятия;

основная часть (80 минут): ответы на вопросы студентов в форме показа практических приёмов работы в системе SCAD Structure, демонстрация студентами выполненного задания, приобретённых навыков по теме практического занятия и защита задания;

заключительная часть (5 минут): подведение итогов занятия, ответы на общие вопросы.

Задание к теме №4 «Моделирование пространственных каркасов».

1) Создать проект, имеющий тип схемы 5 (система общего вида). Сохранить файл проекта в формате «Фамилия4.SPR» для последующей защиты задания.

2) Задать сетку разбивочных осей и высотные отметки.

3) В соответствии с полученными исходными данными сгенерировать раму в плоскости XoZ, соответствующую поперечному разрезу каркаса, задать опорные закрепления колонн, жёсткости колонн и балок.

4) Скопировать раму вдоль оси Y в соответствии с заданным количеством пролётов и их величинами, задать жёсткости распорок между колоннами.

5) Ввести концевые жёсткие вставки в балки поперечных рам, задать шарнирное примыкание балок и распорок к колоннам, установить вертикальные связи между колоннами и горизонтальные связи по покрытию, а также присвоить связям требуемый тип конечных элементов и жёсткости.

6) Вычислить нагрузки, действующие на балки и колонны (от собственного веса элементов модели, от собственного веса перекрытий, покрытия и стеновых панелей, от временной нагрузки на перекрытиях, от снега, от воздействия ветра). Приложить нагрузки к элементам модели в виде отдельных загружений. Заполнить таблицу расчётных сочетаний усилий.

7) Выполнить статический расчёт и сформировать результаты расчётов в формате MS Word или MS Excel.

Исходные данные к заданию по теме №4: величины пролётов здания в продольном и поперечном направлениях, город строительства, собственный вес перекрытий, покрытия и стеновых панелей, временная нагрузка на перекрытиях, профили металлопроката, назначенные колоннам, балкам и связям для выполнения статического расчёта рамы.

Практическое занятие №7. Тема – №4. Продолжительность – 2 часа.

Структура и содержание занятия:

вводная часть (10 минут): объяснение цели и содержания занятия, выдача заданий по теме №4;

1 основная часть (15 минут): объяснение принципов работы над индивидуальным заданием;

2 основная часть (60 минут): показ практических приёмов работы в системе SCAD Structure по теме занятия, в том числе при ответах на вопросы студентов;

заключительная часть (5 минут): подведение итогов занятия, ответы на общие вопросы.

Практическое занятие №8. Тема – №4. Продолжительность – 2 часа.

Структура и содержание занятия:

вводная часть (5 минут): объяснение цели и содержания занятия;

основная часть (80 минут): ответы на вопросы студентов в форме показа практических приёмов работы в системе SCAD Structure, демонстрация студентами выполненного задания, приобретённых навыков по теме практического занятия и защита задания;

заключительная часть (5 минут): подведение итогов занятия, ответы на общие вопросы.

Практическое занятие №9. Тема – №4. Продолжительность – 1 час.

Структура и содержание занятия:

вводная часть (5 минут): объяснение цели и содержания занятия;

основная часть (35 минут): ответы на вопросы студентов в форме показа практических приёмов работы в системе SCAD Structure, демонстрация студентами выполненного задания, приобретённых навыков по теме практического занятия и защита задания;

заключительная часть (5 минут): подведение итогов занятия, ответы на общие вопросы.

Рабочая программа по дисциплине «Программно-вычислительные комплексы»

предусматривает использование следующих образовательных технологий.

Лекции с элементами «проблемных лекций» – 34 часа.

Практические занятия, составной частью которых является интерактивная форма – 17 часов. Интерактивная форма практических занятий предполагает работу со студентами в форме показа практических приёмов работы в системе SCAD Structure, в том числе при ответах на вопросы студентов, демонстрацию студентами выполненных заданий и приобретённых навыков по темам практических занятий, защиту студентами заданий в форме «вопрос – операция в системе SCAD Structure». Удельный вес практических занятий, проводимых в интерактивной форме, составляет 25,9% аудиторных занятий.

Самостоятельная работа студента при выполнении заданий по темам практических занятий и при подготовке к итоговому экзамену – 33,3% общей трудоёмкости дисциплины.

Индивидуальная работа студента с преподавателем в рамках запланированных консультаций.

Текущий контроль работы студентов (в рамках запланированных консультаций), промежуточная аттестация и итоговый контроль (экзамен). Текущий контроль проводится в форме «вопрос – ответ или операция в системе SCAD Structure».

Экзамен проводится по содержанию курса лекций.

Контрольные вопросы к теме №1 «Расчёт плоских рам», выполняемой в программном комплексе SCAD Structure 1. Создание проекта, установка единиц измерения, выбор типа схемы.

2. Автоматизированная генерация плоских ферм.

3. Ввод узлов и операции с узлами (удаление, корректировка координат одного узла и группы узлов, перенос, копирование).

4. Ввод элементов, операции с элементами (удаление, сдвиг, копирование).

5. Установка и корректировка жёстких вставок.

6. Установка и корректировка типов стержневых конечных элементов.

7. Ввод и корректировка опорных закреплений.

8. Задание жесткостных характеристик стержневым элементам в виде параметрических сечений и профилей металлопроката. Корректировка жесткостей.

9. Ввод узловых нагрузок и нагрузок на стержневые конечные элементы. Корректировка и удаление нагрузок. Сохранение загружений. Удаление загружений.

10. Установка параметров статического расчёта и его выполнение.

11. Просмотр результатов статического расчёта – деформированной формы, величин перемещений узлов, усилий в элементах.

Контрольные вопросы к теме №2 «Экстраполяция Ричардсона», выполняемой в программном комплексе SCAD Structure.

1. Автоматическое генерирование плит, балок-стенок и оболочек в заданной 2. Ввод двумерных (трёхузловых и четырёхузловых) конечных элементов.

Дробление пластин.

3. Установка типов пластинчатых конечных элементов – плит, балок-стенок и 4. Задание и корректировка жесткостных характеристик двумерных конечных 5. Ввод нагрузок на пластинчатые конечные элементы. Корректировка и удаление нагрузок.

6. Просмотр результатов статического расчёта – деформированной формы и полей напряжений.

7. Области применения и ограничения методики экстраполяции Ричардсона.

Контрольные вопросы к теме №3 «Анализ главных и эквивалентных напряжений», выполняемой в программном комплексе SCAD Structure.

1. Создание модели с помощью встроенного графического редактора. Установка параметров опорной сетки. Ввод отрезков, прямоугольников, окружностей, дуг, эллипсов с помощью различных режимов привязки. Корректировка графических примитивов (сдвиг, поворот, масштабирование, копирование, зеркальное отражение, удаление).

2. Задание замкнутых контуров для автоматической триангуляции.

3. Автоматическая генерация сетки конечных элементов с требуемыми параметрами триангуляции.

4. Постпроцессорная обработка результатов статических расчётов, анализ напряжённо-деформированных зон модели, оценка прочности детали по величинам главных и эквивалентных напряжений.

Контрольные вопросы к теме №4 «Моделирование пространственных каркасов», выполняемой в программном комплексе SCAD Structure.

1. Задание сетки разбивочных осей и высотных отметок.

2. Автоматизированное генерирование плоских рам с требуемыми параметрами пространственных опорных закреплений, жесткостей и типов конечных элементов.

3. Копирование рам в продольном направлении здания с требуемыми параметрами продольных элементов каркаса.

4. Моделирование жёстких вставок, внутренних шарниров, направления главных осей поперечных сечений элементов в пространственных расчётных схемах.

5. Управление визуализацией модели с помощью панелей «Фильтры отображения» и «Визуализация». Презентационная графика.

6. Настройка параметров программной среды SCAD Structure.

7. Ввод данных по комбинациям загружений и расчётным сочетаниям загружений.

8. Формирование результатов статических расчётов в форматах TXT, DOC или Промежуточная аттестация проводится в сроки, установленные УМУ ЛГТУ. Для получения положительной аттестации студент обязан выполнить работы, предусмотренные практическими занятиями по темам №1 («Расчёт плоских рам») и № («Экстраполяция Ричардсона»), и успешно пройти текущий контроль по указанным темам в объёме вопросов, представленных в подразделе 6.1.

Вопросы к экзамену.

1. Аналитические условия равновесия конструкции и её части. Сопротивление конструкции, условия разрушения конструкции.

2. Дифференциальное уравнение изогнутой оси бруса. Интегрирование дифференциального уравнения. Граничные условия.

3. Принцип возможных перемещений. Работа внутренних усилий, работа внешних нагрузок, полная энергия. Методика прямого приближённого решения.

4. Общий ход решения задач на основе метода конечных элементов. Области применения МКЭ.

5. Типы конечных элементов и области их применения. Характеристики жёсткости конечных элементов.

6. Недостатки МКЭ в перемещениях. Задачи и направления развития МКЭ.

7. Диаграммы работы материала и их программная реализация. Физическая нелинейность и нелинейная упругость.

8. Использование «суперэлементов» в моделях. Подбор параметров и методика расчёта «суперэлементов».

9. Матрица жёсткости элементов. Причины неустойчивости решения задач МКЭ.

Причины погрешностей компьютерных моделей.

10. Точность решения одномерных задач. Нелинейные стержневые модели.

11. Методика расчёта ферм с учётом жёсткости поясов и узлов.

12. Оценка точности решения двумерных задач. Метод последовательных решений. Экстраполяция Ричардсона.

13. Несовместность конечных элементов. Сопряжение конечных элементов различной мерности.

14. Степени геометрической нелинейности. Сооружения, отвечающие различным степеням геометрической нелинейности.

15. Множественность решений нелинейных задач. Шаговые методы решения нелинейных задач.

16. Расчёт сооружений с учётом последовательности монтажа. Проблема выбора расчётных схем.

17. Модели грунтовых оснований Винклера, упругого полупространства, упругого слоя конечной толщины, упругого основания с двумя коэффициентами постели.

18. Модели грунтовых оснований с «полубесконечными» конечными элементами, «ССС», в виде физически нелинейных конечных элементов.

19. Нагрузки, загружения и их сочетания. Граф сочетаний загружений.

20. Состояния равновесия. Физический смысл задач устойчивости. Устойчивость сжатого стержня по Эйлеру.

21. Физический смысл коэффициента запаса, методика его вычисления. Влияние различных нагрузок на устойчивость. Влияние связей на устойчивость.

22. Особенности создания моделей для динамических расчётов.

23. Динамические нагрузки, действующие на строительные объекты. Метод Фурье решения динамических задач.

24. Анализ результатов статических расчётов на достоверность. Формальные и содержательные ошибки моделирования.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 1. Свод правил СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. – М.: Министерство регионального развития РФ, 2011. – 2. Семёнов А. А., Габитов А. И. Проектно-вычислительный комплекс SCAD в учебном процессе. Часть 1. Статический расчёт: Учебное пособие. – М.: Изд-во АСВ, 2005.

3. Труш Л. И. Программно-вычислительный комплекс SCAD для расчёта железобетонных конструкций: Учеб. пособие. – Н. Новгород: Нижегород. гос. архит. – строит. ун-т, 2004. – 101 с.

4. Руководство пользователя «Проектно-вычислительный комплекс Structure CAD (SCAD) для расчёта конструкций методом конечных элементов». Официальное издание «SCAD Soft».

1. Городецкий А. С., Евзеров И. Д. Компьютерные модели конструкций. К.: Изд-во «Факт», 2005. – 344 с.

2. Ли К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE). – СПб.: Питер, 2004. – 560 с.: ил.

3. Перельмутер А. В., Сливкер В. И. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа. К.: Изд-во «Сталь», 2002. – 600 с.: ил.

1. Короткин Я. И., Локшин А. З., Сиверс Н. Л. Изгиб и устойчивость стержней и стержневых систем. Гос. науч.-техн. изд-во машиностроительной и строительной литературы, М. – Л., 1953. – 519 с.

2. Никифоров С. Н. Сопротивление материалов. Изд. 4-е, перераб. и доп. Изд-во «Высшая школа», М., 1966. – 584 с.

3. Уманский А. А. Строительная механика самолёта. Гос. науч.-техн. изд-во Оборонгиз, М., 1961. – 530 с.

7.4. Учебно-методическое обеспечение и Интернет-ресурсы Учебная дисциплина «Программно-вычислительные комплексы» обеспечена следующей учебно-методической документацией и материалами:

курсом лекций, составленным в соответствии с п. 4.3.1;

методическими указаниями к практическим занятиям, составленными в соответствии с п. 4.3.2;

руководством пользователя программного комплекса Structure CAD (п.4 раздела 7.1).

Учебно-методическая документация и материалы по дисциплине доступны студентам в электронном виде в компьютерном классе ИСФ, а также в локальной сети ЛГТУ.

Проведение лекций может сопровождаться демонстрацией лекционного материала через мультимедийный проектор на экран, либо с помощью других средств, обеспечивающих показ дисплея компьютера всем слушателям.

Практические занятия, самостоятельная работа студентов и консультации проводятся в компьютерном классе ИСФ, имеющем соответствующее техническое и лицензионное программное обеспечение.

«СОГЛАСОВАНО»:

заведующий кафедрой «Металлические конструкции»

заведующий кафедрой «Строительное производство»