Лабораторная работа №1. Статический расчет конструкции жилого дома
Вы — инженер в конструкторском бюро. Ваша фирма решила поучаствовать в конкурсе. NASA и его партнеры проводят конкурс стоимостью 3,15 миллиона долларов США для создания напечатанных на 3D принтерах домов для космических переселенцев, в том числе для путешествия агентства на Марс.
Рисунок 1 — Благодарный новосёл
Вашей команде дали задание просчитать оптимальную форму жилища.
В поле внимания NASA находятся космические объекты двух типов: те, что пригодны для колонизации и те, на которых много полезных ископаемых. Потому вы решили моделировать для четырех объектов: Луна, Марс, Церера и Титан.
Ваш главный конструктор провел предварительный отбор форм домов, на которых стоит сосредоточиться. Они представлены на рисунке 2.
Рисунок 2 — формы домов. Единицы измерения — м и м3 (для объёма)
Материаловеды сказали, что доступные материалы для вас — это бетон, железобетон, титановый сплав. Предпочтительнее всего — бетон, так как его собираются производить на месте.
Также в технических условиях указана минимальная ширина стен — это 20 мм.
Ваша задача провести статический анализ и определить выдержит ли конструкция собственный вес, а также подобрать оптимальную ширину стен.
В отчете главному конструктору нужно представить диаграмму напряжений, деформаций и запаса прочности установки.
Получите у главного конструктора номер своего варианта и приступайте к выполнению своей части работы!
Таблица 1. Варианты для расчетов
| № Варианта | Небесное тело | Варианты конструкций |
| Церера | 1,2,3 | |
| Луна | 4,5,6 | |
| Марс | 7,8,9 | |
| Титан | 1,2,3 | |
| Церера | 4,5,6 | |
| Луна | 1,2,3 | |
| Марс | 1,2,3 | |
| Титан | 4,5,6 | |
| Церера | 7,8,9 | |
| Луна | 7,8,9 | |
| Марс | 4,5,6 | |
| Титан | 7,8,9 |
Рекомендации по выполнению:
Планеты
Отличаются ускорением свободного падения
Анализ
Статический анализ конструкции под собственным весом означает, что у вас будет два вида ограничений: фиксация конструкции на нижней грани (FixedSupport) и гравитация (Acceleration).
Конструкция
Подход к построению цилиндра
Вам нужно:
1) Нарисовать эскиз на нижней грани (круг).
2) Создать новую поверхность эскиза (plane) на расстоянии от первого, равном высоте цилиндра. Нарисовать на этой поверхности эскиз крыши (тоже круг).
3) Используя операцию skin сгенерировать сам цилиндр.
Подход к построению сферического объекта
Построение происходит путем вращения эскиза вокруг вертикальной оси, поэтому нужно создать эскиз бокового сечения.
1) Построить по вертикальной оси два отрезка: верх (½, 1/3 или 2/3 от диаметра в зависимости от варианта) и низ (соответсвенн, ½, 2/3 или 1/3 от диаметра).
2) Выбрать «дуга по 3 точкам». Первая точка — окончание нижнего отрезка, вторая — окончание верхнего отрезка, третья — пересечение дуги с горизонтальной осью.
3) Построить горизонтальный отрезок.
4) Удалить нижний отрезок.
5) Используя операцию revolve сгенерировать объект.
Подход к построению тороидального объекта
Принцип тот же, что и в предыдущем пункте
1) Создать образующий объект
2) Отодвинуть объект на заданное расстояние от вертикальной оси.
3) Сгенерировать объект операцией revolve.
Подход к построению тонкостенного объекта
После того, как у вас получился 3D-объект, его нужно сделать тонкостенным. Для этого используется команда Thin: выбираете все внешние поверхности, задаете толщину стенки и генерируете операцию.
Результаты моделирования
Дополнительно к уже изученным результатам нужно добавить диаграмму запаса прочности.
Коэффициент запаса — величина, показывающая способность конструкции выдерживать прилагаемые к ней нагрузки выше расчётных. Наличие запаса прочности обеспечивает дополнительную надёжность конструкции, чтобы избежать катастрофы в случае возможных ошибок проектирования, изготовления или эксплуатации.
В ansys это stress tool → safaty factor. Примем допустимый запас прочности 4.
5. Моделирование железобетона
В стандартной библиотеке железобетона нет, поэтому его добавим при помощи скрипта. Заходим в Geometry→Solid→Insert→Commsnds.
В команду копируем следующий скрипт:
ET,MATID,SOLID65
R,MATID,0,0,0,0,0,0
RMORE,0,0,0,0,0
MP,EX,MATID,29250
MP,PRXY,MATID,0.2
MPTEMP,MATID,0
TB,CONCR,MATID,1,9
TBTEMP,22
TBDATA,1,0.3,0.8,1.5,25
TB,MISO,MATID,1,35,0
TBTEMP,22
TBPT,,0.0001,2.925
TBPT,,0.0002,5.7
TBPT,,0.0003,8.325
TBPT,,0.0004,10.8
TBPT,,0.0005,13.125
TBPT,,0.0006,15.3
TBPT,,0.0007,17.325
TBPT,,0.0008,19.2
TBPT,,0.0009,20.925
TBPT,,0.001,22.5
TBPT,,0.0011,23.925
TBPT,,0.0012,25.2
TBPT,,0.0013,26.325
TBPT,,0.0014,27.3
TBPT,,0.0015,28.125
TBPT,,0.0016,28.8
TBPT,,0.0017,29.325
TBPT,,0.0018,29.7
TBPT,,0.0019,29.925
TBPT,,0.002,30
TBPT,,0.0021,30
TBPT,,0.0022,30
TBPT,,0.0023,30
TBPT,,0.0024,30
TBPT,,0.0025,30
TBPT,,0.0026,30
TBPT,,0.0027,30
TBPT,,0.0028,30
TBPT,,0.0029,30
TBPT,,0.003,30
TBPT,,0.0031,30
TBPT,,0.0032,30
TBPT,,0.0033,30
TBPT,,0.0034,30
TBPT,,0.0035,30
Далее идем в Mesh→Degsults→Elements order и выбираем Linear.