Μελέτη περίπτωσης: Προγραμματισμός SkyCiv και Python για δομική ανάλυση επίπεδων πλαισίων

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ πώς λειτουργεί ουσιαστικά το δομικό λογισμικό? Απλώς συνέχισε να διαβάζεις, και θα βρείτε πώς μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την πλατφόρμα SkyCiv και τον προγραμματισμό Python μέσα από ένα παράδειγμα που αναπτύχθηκε σε μια τάξη Δομικής Ανάλυσης.

Μια γρήγορη ανασκόπηση της δομικής ανάλυσης

Συχνά χρησιμοποιούμε διαθέσιμο λογισμικό για την επίλυση μιας δομικής ανάλυσης, που έχει ως αποτέλεσμα δυνάμεις, μετατόπιση, στρες, και τα λοιπά. Με απλά λόγια, το πρόβλημα πέφτει στην παρακάτω μορφή:φά=κ∙ρε

F=K∙ρε

$F = K bullet d$

Οπου:

• F είναι οι διανυσματικές δυνάμεις
• K είναι η ακαμψία της δομής
• d είναι το πεδίο μετατόπισης

Ο κύριος στόχος είναι η μετατροπή μιας συνεχούς δομής σε διακριτή “κομμάτια” ενός συγκροτήματος και να το αναλύσετε, λήψη δυνάμεων και μετατοπίσεων. Πρέπει να ακολουθηθεί ένας γενικός δρόμος:

• Προεπεξεργασία: το πρώτο βήμα στη δομική ανάλυση, όπου παίρνουμε τα δεδομένα δομής, γεωμετρία, ιδιότητες υλικού, και φορτώνεται και οριστικοποιείται όταν κατασκευάζεται ο συνολικός πίνακας ακαμψίας.
• Επεξεργάζομαι, διαδικασία: όπου λύνουμε την προηγούμενη έκφραση, φά=κ∙ρε F=K∙ρε$F=Kbullet d$. Μερικές μέθοδοι γενικά αποδεκτές για την επίλυση του συστήματος γραμμικών εξισώσεων είναι το Gauss-Jordan, Gaussian εξάλειψη, και τα λοιπά.
• Μεταδιεργασία: το τελευταίο μέρος για να εμφανιστούν τα αποτελέσματα όσον αφορά τις δυνάμεις και την πίεση, αν είναι απαραίτητο.

Παράδειγμα επίπεδου πλαισίου

Το παράδειγμα περίπτωσης αποτελείται από ένα κανονικό επίπεδο πλαίσιο (Φιγούρα 1).

Φιγούρα 1. Παράδειγμα δομικού 2D πλαισίου

Ιδιότητες του στοιχείου για στήλες, δοκάρια, και υλικά είναι:

Ιδιότητες σκυροδέματος:

• Αντοχή υλικού, φά′ντο=20ΜΠένα f′c=20MPa$f'c = 20 MPa$
• Το μέτρο του Young, μι=17000ΜΠένα E=17000MPa$E = 17000 MPa$

Προγραμματισμός Python και μοντελοποίηση SkyCiv

Τώρα είναι η ώρα να ξεκινήσετε να εργάζεστε παράλληλα με το modeling σε Python και SkyCiv. Φιγούρα 2 δείχνει τα δεδομένα εισόδου (κόμβοι, στοιχεία, βαθμοί ελευθερίας, τοπικός προσανατολισμός άξονα) για τον κώδικα που αναπτύχθηκε στην Python. Μπορείτε να ελέγξετε μόνοι σας το αρχείο και να εκτελέσετε το παράδειγμα μέσω αυτού Σύνδεσμος.

Φιγούρα 2. Συνάρτηση τοπικής μήτρας ακαμψίας

Το αρχείο Python χρησιμοποιεί ένα παράδειγμα λειτουργικού προγραμματισμού επειδή είναι εύκολο να εξηγηθεί και να αναπτυχθεί στην τάξη. Αυτό συνίσταται στη διαίρεση και την κατάκτηση, διαμορφώνοντας την κατασκευή του κώδικα και τις μεθόδους του.

Κατά την κωδικοποίηση της μεθόδου, Το πιο σημαντικό είναι να ορίσετε τη μαθηματική διατύπωση που θα εφαρμοστεί. Θα χρησιμοποιήσουμε τη δοκό Euler Bernoulli:

Συνοψίζοντας, τα βήματα που απαιτούνται για την εκτέλεση της ανάλυσης με χρήση προγραμματισμού Python είναι τα εξής (Αναπαράγουμε ορισμένα μέρη του σεναρίου Python):

• Ορίστε τους κόμβους και τις συντεταγμένες τους (xi, = Μικτό εμβαδόν διατομής )

• Προσδιορίστε τον συνολικό πίνακα ακαμψίας για κάθε στοιχείο (κιλό)

• Συναρμολόγηση της συνολικής μήτρας ακαμψίας δομής (Sg )

• Προσδιορίστε το συνολικό διάνυσμα φορτίου για κάθε στοιχείο και συναρμολογήστε το στο γενικό διάνυσμα φορτίου δομής (Π, Pf)

• Να λύσετε τη γενική εξίσωση για τη μετατόπιση πεδίου ({Π – P_f} = [μικρό]{ρε})

• Λάβετε τις παγκόσμιες και τοπικές δυνάμεις για κάθε στοιχείο (Fi, Qi)

Οι διαφορές στις αξίες (Python Script και SkyCiv S3D) είναι ήσσονος σημασίας, με περίπου 2.90% ως το μέσο.

2. Αξονικές δυνάμεις

Φιγούρα 5. Αξονικές δυνάμεις αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο

Οι διαφορές στις αξίες (Python Script και SkyCiv S3D) είναι ήσσονος σημασίας, με περίπου 2.65 % ως το μέσο.

3. Διατμητικές δυνάμεις

Φιγούρα 6. Οι δυνάμεις διάτμησης αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο

4. Στιγμές κάμψης

Φιγούρα 7. Στιγμές αναπτύχθηκαν στο κάδρο