Μαθήματα δομικής ανάλυσης στις ΗΠΑ

Στις Ηνωμένες Πολιτείες, υπάρχει μια αυξανόμενη τάση των φοιτητών της δομικής μηχανικής που πρέπει να λαμβάνουν υπόψη το πτυχίο Master [2], χάρη σε ένα μεγάλο αριθμό θεμάτων και μαθημάτων που απαιτούνται λόγω της συνεχώς διευρυνόμενης πολυπλοκότητας των δομών. Ανάλογα με το πανεπιστήμιο ή το κολέγιο που φοιτούν αυτοί οι φοιτητές, ορισμένα από τα απαιτούμενα μαθήματα ενδέχεται να μην είναι διαθέσιμα, οπότε υπάρχει αυτή η πρόκληση της εκπαιδευτικής πτυχής της δομικής μηχανικής που συμβαδίζει με την επαγγελματική πλευρά. Το Εθνικό Συμβούλιο Συλλόγων Μηχανικών Δομικών (NCSEA) χρησιμοποιεί μια έρευνα για επαγγελματίες και επαγγελματίες μηχανικούς για να υπολογίζει συνεχώς ποια θέματα δομικής μηχανικής χρησιμοποιούνται / είναι γνωστά στην πρακτική τους, έτσι ώστε τα πανεπιστήμια και τα σχολεία να μπορούν να σχεδιάσουν μελλοντικό πρόγραμμα σπουδών για τους φοιτητές της δομικής μηχανικής. Συνολικά, Τα βασικά στοιχεία της δομικής μηχανικής μπορούν να χωριστούν σε δύο βασικές κατηγορίες: ανάλυση και σχεδιασμός. Αυτό το άρθρο θα επισημάνει την πρώτη κατηγορία χρησιμοποιώντας τις συστάσεις του NCSEA [1] ως κατευθυντήρια γραμμή.  

Επίπεδα ανάλυσης

Δομική ανάλυση 1 - Προσδιορίστε την ανάλυση

Με βάση τις αρχές που μάθαμε στατικά, Δομική ανάλυση 1 χρησιμεύει ως βάση για όλες τις αρχές της δομικής μηχανικής. Το μάθημα χωρίζεται κυρίως μεταξύ της επίλυσης καθορισμένων συστημάτων χρησιμοποιώντας στατική, και εξετάζοντας θέματα που σχετίζονται με τη μηχανική (στρες, ένταση, υλικά, παραμόρφωση, και τα λοιπά). Στο τέλος αυτού του μαθήματος, Οι μαθητές θα πρέπει να είναι σε θέση να δημιουργήσουν εξισώσεις ισορροπίας για απλές δομές, κατανοήστε τους τύπους υποστήριξης και κυκλοφορίας, και βρείτε διαγράμματα δύναμης μεμβράνης.  

Δομική ανάλυση 2 - Απροσδιόριστη Ανάλυση

Δομική ανάλυση 2 το παίρνει λίγο πιο μακριά, εστιάζοντας σε πιο προηγμένους μηχανικούς και επιλύοντας αόριστα συστήματα. Αυτό το μάθημα είναι όπου ιδέες όπως η εικονική εργασία, κλίση κλίσης, και εισάγονται μέθοδοι κατανομής στιγμής για την επίλυση απροσδιόριστων συστημάτων. Οι προηγμένοι μηχανικοί που μάθαμε εδώ περιλαμβάνουν τις ιδέες της ροπής, λυγισμός, συνδυασμένα στρες, και πλαστική παραμόρφωση. Σε αυτό το μάθημα, Πραγματοποιείται πραγματικό περιβάλλον, ώστε οι μαθητές να μπορούν να διακρίνουν πράγματα όπως η βαρύτητα έναντι. πλευρικά φορτία ή τους διαφορετικούς τύπους συνδέσεων (καρφιτσωμένο, σταθερός, και τα λοιπά).

Φιγούρα 1: απεικόνιση σχήματος λυγισμού σε στήλες με διαφορετικές τελικές συνθήκες (researchgate.net)

 

Δομική ανάλυση 3 - Ανάλυση μήτρας

Σε αυτό το μάθημα, Οι μαθητές μαθαίνουν κυρίως για την εφαρμογή άλγεβρας μήτρας και εικονικής εργασίας σε δομές μεγάλης κλίμακας, ενώ ταυτόχρονα εισάγεται σε λογισμικό δομικής ανάλυσης στη βιομηχανία. Επειδή το δομικό λογισμικό χρησιμοποιείται πολύ συχνά στην πράξη, οι μαθητές μπορούν να καταλάβουν πώς χρησιμοποιούνται οι μέθοδοι δυσκαμψίας σε λογισμικό για τη λήψη μεγάλης κλίμακας ανάλυσης που τους βοηθά να μεταφερθούν από την τάξη στο γραφείο. Ευτυχώς για μαθητές, Το NCSEA συνιστά μόνο μια απλοποιημένη έκδοση της ανάλυσης μήτρας με το χέρι για να δείξει τι κάνει το λογισμικό πίσω από τα παρασκήνια.

Φιγούρα 2: απεικόνιση των αποτελεσμάτων εκτροπής / ανάλυσης χρησιμοποιώντας ανάλυση μήτρας στο SkyCiv Structural 3D

 

Δομική Δυναμική

Αυτό το μάθημα επικεντρώνεται σε σενάρια φόρτωσης που είναι δυναμικός. Αυτοί οι προηγμένοι μηχανισμοί φόρτωσης περιλαμβάνουν το πολύ μεγάλο θέμα των σεισμικών φορτίων και αποκρίσεων, καθώς και ασυνήθιστα φορτία όπως η φόρτωση βλαστών, φορτία πεζών, και τα λοιπά. Χρησιμοποιώντας αυτά τα δυναμικά φορτία, οι μαθητές μαθαίνουν πώς να βρίσκουν το δυναμικός απόκριση της ίδιας της δομής. Επίσης, Υπάρχει σημαντική προσπάθεια να μάθουμε για τα διαφορετικά συστήματα αντίστασης πλευρικής δύναμης και τις αντιδράσεις τους σε αυτούς τους δυναμικούς τύπους φορτίου. Συνολικά, αυτό το μάθημα είναι πολύ σημαντικό για μηχανικούς που συμμετέχουν στο σχεδιασμό όπου η σεισμική δραστηριότητα είναι διαδεδομένη και επομένως συνήθως διέπεται ως πλευρική φόρτωση.   Η πλατφόρμα SkyCiv δίνει στους νέους και έμπειρους μηχανικούς τα εργαλεία για να αποκτήσουν σχεδόν οποιονδήποτε τύπο ανάλυσης για τη δομή τους, που κυμαίνονται από γραμμικό στατικό έως φάσμα απόκρισης και δυναμική συχνότητα. Δείτε αυτούς τους διαφορετικούς τύπους ανάλυσης εδώ.

Πρόσθετα μαθήματα

Φόρτωση διαδρομής σε δομικά συστήματα

Όχι απαραίτητα ένα συγκεκριμένο μάθημα, αλλά περισσότερο μια γενική ιδέα που πρέπει να μάθει καθ 'όλη τη διάρκεια των μαθημάτων της δομικής μηχανικής. Η εκμάθηση της συστηματικής και ενστικτώδους παρακολούθησης της διαδρομής φόρτωσης από οποιαδήποτε θέση στη δομή είναι σημαντική λόγω των τεχνικών υποθέσεων που πρέπει να γίνουν στην πράξη. Επίσης, οι μαθητές και οι μηχανικοί πρέπει να εξετάσουν τις διαφορές στις διαδρομές φορτίου μεταξύ διαφορετικών δομικών συστημάτων με το ίδιο φορτίο.

Φιγούρα 3: Απλή διαδρομή φόρτωσης μιας αιωρούμενης πλάκας από σκυρόδεμα (www.engineersdaily.com).

Είναι εύκολο να δούμε πώς οι σημερινοί φοιτητές της δομικής μηχανικής δεν θα μπορούσαν να το χωρέσουν σε 4ετή πτυχίο (και τα μαθήματα σχεδιασμού δεν αναφέρονται καν εδώ), Αυτός είναι μερικώς ο λόγος για τον οποίο υπάρχει αυτή η αυξανόμενη τάση των προηγμένων πτυχίων. Καθώς η βιομηχανία συνεχίζει να καινοτομεί με την τεχνολογία και τις υλικές εξελίξεις, όλο και περισσότερα θέματα θα πρέπει να καλυφθούν ώστε οι δομικοί μηχανικοί μεταπτυχιακού επιπέδου να είναι πλήρως έτοιμοι για το εργατικό δυναμικό. Βεβαιωθείτε ότι έχετε διαβάσει το δεύτερο άρθρο, τονίζοντας επίσης τα διάφορα μαθήματα σχεδιασμού.  

Πηγές

1. Ψωλή, Κέβιν. «ΕΘΝΙΚΟ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟ ΔΟΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΝΕΡΓΑΤΩΝ ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΔΟΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ.» ΕΘΝΙΚΟ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟ ΣΥΝΔΕΣΕΩΝ ΔΟΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ, www.ncsea.com/downloads/comm Committee/docs/.
2. Φασάνο, Αντώνιος. «Ρωτήστε τον Άντονι: Αποκτήστε μεταπτυχιακό δίπλωμα πολιτικού μηχανικού ή MBA?" Πηγή Πολιτικών Μηχανικών, 29 Ιούλιος 2016, source.asce.org/ask-anthony-get-a-masters-degree-in-civil-engineering-or-an-mba/.
3. "Επιτροπή Εκπαίδευσης NCSEA." Επιτροπές NCSEA, www.ncsea.com/communities/basiceducationcomm Committee/