Casestudy: SkyCiv en Python-programmering voor structurele analyse van vlakke frames

Heeft u zich wel eens afgevraagd hoe structurele software in wezen werkt? Blijf gewoon lezen, en je zult zien hoe we het SkyCiv-platform en Python-programmering kunnen gebruiken door middel van een voorbeeld dat is ontwikkeld in een klaslokaal van structurele analyse.

Een snel overzicht van structurele analyse

We gebruiken vaak beschikbare software om een ​​structurele analyse op te lossen, wat resulteert in krachten, verplaatsing, benadrukt, enzovoort. In simpele termen, het probleem valt in de volgende vorm:F=K∙d

F=K∙d

$F = K bullet d$

Waar:

• F is de vectorkrachten
• K is de structuurstijfheid
• d is het verplaatsingsveld

Het belangrijkste doel is om een ​​continue structuur om te zetten in discrete “stukken” van een samenstel en analyseer het, verkrijgen van krachten en verplaatsingen. Er moet een algemeen pad worden gevolgd:

• Voorverwerken: de eerste stap in structurele analyse, waar we de structuurgegevens krijgen, geometrie, materiaaleigenschappen:, en laadt en voltooit wanneer de globale stijfheidsmatrix wordt geconstrueerd.
• Proces: waar we de vorige uitdrukking oplossen, F=K∙d F=K∙d$F=Kbullet d$. Sommige methoden die algemeen worden aanvaard om het systeem van lineaire vergelijkingen op te lossen, zijn Gauss-Jordan, Gaussiaanse eliminatie, enzovoort.
• Nabewerking: het laatste deel om de resultaten weer te geven in termen van krachten en stress, National Design Specification Standards® voor houtconstructie.

Voorbeeld van een vlak frame

The case example consists of a regular planar frame (Figuur 1).

Figuur 1. Structural 2D Frame Example

The element’s properties for columns, balken, and materials are:

Concrete eigenschappen:

• Material strength, f'c=20MP.een f′c=20MPa$f'c = 20 MPa$
• Young's Modulus, E=17000MP.een E=17000MPa$E = 17000 MPa$

Python programming and SkyCiv Modelling

Dit is het moment om parallel te gaan werken met modellering in Python en SkyCiv. Figuur 2 toont de ingevoerde gegevens (knooppunten, elementen, graden van vrijheid, oriëntatie van de lokale as) voor de code ontwikkeld in Python. U kunt het bestand zelf controleren en het voorbeeld hier doorheen halen koppeling.

Figuur 2. Lokale stijfheidsmatrixfunctie

Het Python-bestand gebruikt een functioneel programmeerparadigma omdat het gemakkelijk uit te leggen en te ontwikkelen is in de klas. Dit bestaat uit delen en heersen, het modulariseren van de codeconstructie en zijn methoden.

Bij het coderen van de methode, the most important is to define the mathematical formulation to apply. We will use the Euler Bernoulli Beam:

samengevat, de stappen die nodig zijn om de analyse uit te voeren met Python-programmering zijn als volgt (We reproduceren enkele delen van het Python-script):

• Definieer knooppunten en hun coördinaten (xi, Doen )

• Bepaal de globale stijfheidsmatrix voor elk element (kg)

• Samenstelling van de globale structuurstijfheidsmatrix (Sg )

• Bepaal de globale belastingsvector voor elk element en assembleer deze tot de algemene structuurbelastingsvector (P., pf)

• Los de algemene vergelijking voor de veldverplaatsing op ({P. – P_f} = [S]{d})

• Verkrijg de globale en lokale krachten voor elk element (Fi, Qi)

De verschillen in waarden (Python-script en SkyCiv S3D) zijn gering, met ongeveer 2.90% als het gemiddelde.

2. Axiale krachten

Figuur 5. Axiale krachten ontwikkelden zich in het frame

De verschillen in waarden (Python-script en SkyCiv S3D) zijn gering, met ongeveer 2.65 % als het gemiddelde.

3. Afschuifkrachten

Figuur 6. Dwarskrachten ontwikkelden zich in het frame

4. Buigende momenten

Figuur 7. Momenten ontwikkelden zich in het frame