background image

 

 

Politechnika Rzeszowska 

 Rok akademicki 2012/2013 

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska 
Katedra Mechaniki Konstrukcji 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

METODY OBLICZENIOWE 

Metoda Elementów Skończonych 

Temat: D-2 RB 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Konsultował:  

Wykonał: 

mgr Dominika Ziaja 

Damian Ciurkot 

III BZ, LP-1 

 

background image

 

 

1.  Schemat układu. 

 

Dane materiałowe: 

 

Słupy  żelbetowe (beton C25/30) o przekroju 40 x 40 cm² 

 

Rygle żelbetowe (beton C25/30) o przekroju 20 x 60 cm² 

2.  Dyskretyzacja układu. 

 

background image

 

 

 

 

3.  Reakcje więzów podporowych. 

 

Wartości przemieszczeń i reakcje: 

   NR           

 

     R [kN] [kNm] 

1                                                  -0,62 

 

 

 

35,04   

 

 

 

3,00 

11 

 

 

 

0,88 

12 

 

 

 

74,12 

13 

 

 

 

3,22 

22 

 

 

 

-5,51 

23 

 

 

 

26,84 

24 

 

 

 

-1,02 

 

4.  Deformacja układu. 

 

 

 

 

background image

 

 

5.  Wykresy sił wewnętrznych. 

 

 
 

 

background image

 

 

 

 

 

background image

 

 

 

 

 

 

background image

 

 

 
 
 
6. Sprawdzenie równoagi obciążeń i reakcji dla MatLab. 
 
Σy =3 kN/m * 8 m+ 8 kN/m * 8 m + 6 kN/m * 8 m – 35,038kN -74,120kN-
26,842kN = 0 
Σx= -1,0 kN/m * 6m + 10 kN + 0,61kN+0,90kN-5,51kN= 0 
 
7.  Sprawdzenie równoagi obciążeń i reakcji dla ROBOT . 

 

Σy =3 kN/m * 8 m+ 8 kN/m * 8 m + 6 kN/m * 8 m – 35,04 kN – 74,12kN – 
26,84kN = 0 
Σx= -1,0 kN/m * 6m + 10 kN + 0,62kN +0,89kN – 5,51kN= 0 
 
8.  Skrypt MATLABA: 

% zgodne z FreeMat

 

% GP, 12-2012

 

 

 

warning 

off

 

MATLAB:break_outside_of_loop

 

%----------------------------------------------------------------

 

% Rama 

 

% Obciążenia  - siła skupiona

 

%             - obciążenie ciągłe

 

%

 

% Katedra Mechaniki Konstrukcji

 

%----------------------------------------------------------------

 

clear 

all

;

 

close 

all

;

 

% ----- Współrzędne węzłów --------------------------------------

 

 

 

Coord = [0 0;   

%1

 

         0 3;   

%2

 

         0 5;   

%3

 

         4 0;   

%4

 

         4 3;   

%5

 

         4 6;   

%6

 

         8 0;   

%7

 

         8 1;   

%8

 

         8 3;   

%9

 

         8 6];  

%10

 

     

 

% ----- Stopnie swobody węzłów ----------------------------------

 

 

 

Dof = [  1  2  3;

 

         4  5  6;

 

         8  9 10;

 

        11 12 13;

 

        14 15 16;

 

        19 20 21;

 

background image

 

 

        22 23 24;

 

        25 26 27;

 

        28 29 30;

 

        33 34 35];

 

      

 

%----- Macierz topologii Edof -----------------------------------

 

 

 

Edof =[ 1   1  2  3  4  5  6;

 

        2   4  5  6  8  9 10;

 

        3  11 12 13 14 15 16;

 

        4  14 15 16 19 20 21;

 

        5  22 23 24 25 26 27;

 

        6  25 26 27 28 29 32;

 

        7  28 29 30 33 34 35;

 

        8   4  5  7 14 15 17;

 

        9  14 15 18 28 29 31;

 

        10  8  9 10 19 20 21;

 

        11 19 20 21 33 34 35];

 

 

 

%----- Rozwinięcie macierzy Coord w macierze ex oraz ey ---------

 

      

 

[ex,ey] = coordxtr(Edof, Coord, Dof, 2);

 

      

 

%----- Charakterystyki geometryczne i materiałowe ---------------

 

 

 

b=0.4; h=0.4;       

% wymiary [m]

 

A1=b*h;             

% pole przekroju [m2]

 

I1=b*h^3/12;        

% moment bezwładności [m4]

 

E1=305e8;          

% moduł Young'a [Pa] dla betonu klasy B25

 

 

 

b=0.2; h=0.6;       

% wymiary [m]

 

A2=b*h;             

% pole przekroju [m2]

 

I2=b*h^3/12;        

% moment bezwładności [m4]

 

E2=305e8;          

% moduł Young'a [Pa] dla betonu klasy B25

 

 

 

ep =  [E1 A1 I1;

 

      E1 A1 I1;

 

      E1 A1 I1;

 

      E1 A1 I1;

 

      E1 A1 I1;

 

      E1 A1 I1;

 

      E1 A1 I1;

 

      E2 A2 I2;

 

      E2 A2 I2;

 

      E2 A2 I2;

 

      E2 A2 I2];

 

 

 

%----- Wektor obciążeń węzłowych --------------------------------

 

 

 

 f = zeros(35,1);

 

 

 

% Obciążenia węzłowe

 

 

 

 f(25) = 10e3;

 

 f(35) = 30e3

 

background image

 

 

 

 

% Macierz obciążeń elementowych eq=[qx qy]; LOKALNY UKŁAD WSP.

 

 

 

 eq = [0 0; 

%1

 

       0 0; 

%2

 

       0 0; 

%3

 

       0 0; 

%4

 

       0 1e3; 

%5

 

       0 1e3; 

%6

 

       0 1e3; 

%7

 

       0 -14e3; 

%8

 

       0 -14e3; 

%9

 

       -12/sqrt(17)*1/sqrt(17)*1000 -12/sqrt(17)*4/sqrt(17)*1000; 

 

       0 -3e3];

%11

 

       

 

%----- Warunki brzegowe -----------------------------------------

 

 

 

bc = [ 1 0; 

 

       2 0; 

 

       3 0; 

 

      11 0; 

 

      12 0; 

 

      13 0; 

 

      22 0; 

 

      23 0;

 

      24 0];

 

      

 

%----- Globalna macierz sztywności -----------------------------

 

 

 

  K=zeros(35); 

 

  [nel,kol]=size(Edof);

 

for

 i=1:nel

 

  [Ke,fe]=beam2e(ex(i,:),ey(i,:),ep(i,:),eq(i,:));

 

  [K,f]=assem(Edof(i,:),K,Ke,f,fe);

 

end

 

 

 

%----- Rozwiązanie układu równań: przemieszczeia a i reakcje R --

 

 

 

[a,R]=solveq(K,f,bc);

 

 

 

%----- Siły wewnętrzne ------------------------------------------

 

 

 

ed=extract(Edof,a);

 

Es=[];  Edi=[];  Eci=[];

 

n=10; 

% liczba punktów na długości elementu, 

 

      

% w których są obliczane N, Q, M

 

for

 i=1:nel

 

  [es,edi,eci]=beam2s(ex(i,:),ey(i,:),ep(i,:),ed(i,:),eq(i,:),n);

 

  Es=[Es;es];    

% siły wewnętrzne, kolejne kolumny to N, Q, M

 

  Edi=[Edi;edi]; 

% przemieszczenia kolejnych punktów w lokalnym ukł. 

wsp.

 

  Eci=[Eci;eci]; 

% lokalne współrzędne kolejnych punktów

 

end

;

 

 

 

%-------------------- Przemieszczenia ---------------------------

 

background image

 

 

 

 

 figure(1)

 

    title(

'Deformacja ukladu'

);

 

    eldraw2(ex,ey,[3 4 1]);     

% Niezdeformowana rama

 

    sfac=scalfact2(ex,ey,ed(end,:),0.1);

 

    eldisp2(ex,ey,ed,[1 2 1],sfac);  

% Zdeformowana rama

 

    pltscalb2(sfac/1000,[1e-2 0.5 0]);

 

    axis 

equal

 

    xlim([min(Coord(:,1))-2 max(Coord(:,1))+2])

 

    ylim([min(Coord(:,2))-2 max(Coord(:,2))+2])

 

    xlabel(

'[m]'

)

 

    ylabel(

'[m]'

)

 

 

 

 

 

    

 

%----------------- Wykres momentów zginajacych -----------------

 

 

 

if

 sum(Es(:,3))==0 

 

    disp(

'*-----!!--Momenty zginające równe zero--!!----*'

);

 

else

 

 

    figure(2)

 

    title(

'Wykres momentow zginajacych'

);

 

    

% Ustalenie wspólczynnika skalujacego    

 

    sfac=scalfact2(ex(end,:),ey(end,:),Es(:,3),0.2);

 

    

for

 i=1:nel

 

        p = (i-1)*n+1;

 

        k = n*i;

 

        eldia2(ex(i,:),ey(i,:),Es(p:k,3),[2 1],sfac);

 

    

end

 

    pltscalb2(sfac,[1e3 0.5 0]);    

 

    axis 

equal

 

    xlim([min(Coord(:,1))-2 max(Coord(:,1))+2])

 

    ylim([min(Coord(:,2))-2 max(Coord(:,2))+2])

 

    xlabel(

'[m]'

)

 

    ylabel(

'[m]'

)

 

end

 

 

 

%------------------ Wykres sil poprzecznych -------------------

 

 

 

if

 sum(Es(:,2))==0

 

    disp(

'*------!!--Siły poprzeczne równe zero--!!-----*'

);

 

else

 

 

    figure(3)

 

    title(

'Wykres sil poprzecznych'

);

 

    

% Ustalenie wspólczynnika skalujacego

 

    sfac=scalfact2(ex(end,:),ey(end,:),Es(:,2),0.2);

 

    

for

 i=1:nel

 

        p = (i-1)*n+1;

 

        k = n*i;

 

        eldia2(ex(i,:),ey(i,:),Es(p:k,2),[2 1],sfac);

 

    

end

 

    pltscalb2(sfac,[1e3 0.5 0]);    

 

    axis 

equal

 

    xlim([min(Coord(:,1))-2 max(Coord(:,1))+2])

 

    ylim([min(Coord(:,2))-2 max(Coord(:,2))+2])

 

background image

 

 

    xlabel(

'[m]'

)

 

    ylabel(

'[m]'

)

 

end

 

 

 

%------------------- Wykres sil osiowych ---------------------

 

 

 

if

 sum(Es(:,1))==0

 

    disp(

'*-------!!--Siły osiowe równe zero--!!--------*'

);

 

else

 

    figure(4)

 

    title(

'Wykres sil osiowych'

);

 

    

% Ustalenie wspólczynnika skalujacego

 

    sfac=scalfact2(ex(end,:),ey(end,:),Es(:,1),0.2);

 

    

for

 i=1:nel

 

        p = (i-1)*n+1;

 

        k = n*i;

 

        eldia2(ex(i,:),ey(i,:),Es(p:k,1),[2 1],sfac);

 

    

end

 

    pltscalb2(sfac,[1e3 0.5 0]);

 

    axis 

equal

 

    xlim([min(Coord(:,1))-2 max(Coord(:,1))+2])

 

    ylim([min(Coord(:,2))-2 max(Coord(:,2))+2])

 

    xlabel(

'[m]'

)

 

    ylabel(

'[m]'

)

 

end

 

 

 

%----- KONIEC ------------------------------------------

 

9.  Schemat obciążenia ramy. 

-q0 – ciężar własny prętów – stałe 1 

 

background image

 

 

 

 

-q7 – stałe 

 

- q2 – technologiczne (eksploatacyjne) – zmienne 

background image

 

 

 

 

- q3 – śnieg – zmienne 

 

 

 

background image

 

 

- q4 – wiatr – zmienne 

 

- P – uderzenie wózkiem – wyjątkowe 

 

Kombinacja 2: 1,1x(stałe1 + stałe2) + 1,3x(eksploatacyjne) + 1,5x(śnieg) + 1,3x(wiatr) 

 

 

background image

 

 

Wykres My 

 

Wykres Fz 

 

background image

 

 

Wykres Fx 

 

 

Kombinacja 3: 1,1x(stałe1 + stałe2) + 0,8x[1,3x(eksploatacyjne) + 1,5x(śnieg) + 
1,3x(wiatr)]1,0x(wyjątkowe) 

Wykres My 

 

background image

 

 

Wykres Fz 

 

 

Wykres Fx