История версий
LIRA-FEM
Расчетные возможности
Усовершенствования расчетных возможностей
-
При построении графиков спектр-отклика с использованием модуля 27 был скорректирован подход к определению итоговых ускорений с учетом всех форм колебаний, на основе которого формируется спектр.
Теперь спектр строится на основе графика изменения псевдоускорений (поэтажной акселерограммы), где ускорение в каждый момент времени определяется следующим образом:
aj(t) = Σφjk * qk(t) * ωk²,
где aj(t) – ускорение по j-й степени свободы в момент времени t,
φjk – ордината j-й степени свободы по k-й форме,
qk(t) – обобщенная координата по k-й форме колебаний в момент времени t,
ωk – круговая частота по k-й форме колебаний.Этот подход дает результат, аналогичный тому, который получается при прямом интегрировании уравнений движения в геометрических координатах.
-
В новой версии модуля динамики 37 (ДБН В.1.1-12:2006, Приложение В) появилась возможность использовать в расчетах произвольный график спектра отклика.
Модуль динамики 37 позволяет учитывать неравномерность поля колебаний грунта при расчете на сейсмические воздействия. Такая модель расчета сейсмического воздействия позволяет учитывать особенности пространственной работы сооружений с нерегулярной планировкой по схеме распространяющейся сейсмической волны.
Эта модель предполагает, что план сооружения вписан в прямоугольную область длиной L и шириной B. При этом распространяющаяся сейсмическая волна движется вдоль длинной стороны, вызывая поступательные, вращательные и изгибные колебания сооружения.
Воздействие сейсмической волны на величины инерционных сейсмических сил учитывается с помощью ординат поля колебаний грунта fk1, fk2, fk3, которые вводятся в формулу для коэффициента распределения ηki.
-
В модуле 38 (СНиП II-7-81 c изм. 01.01.2000 с учетом кручения) добавлена возможность использовать в расчёте произвольный график спектра отклика. Интегральная расчётная модель сейсмического воздействия учитывает движение массива грунта под сооружением как единого целого. Это движение определяется вектором ускорения поступательного движения и вектором углового ускорения вращения.
Предполагается, что эти векторы являются случайными как во времени, так и в пространстве и определяются соответствующими параметрами. Если заданы косинусы для вектора поступательного воздействия, то направление вектора углового ускорения вычисляется автоматически как ортогональное к вектору поступательного воздействия. Коэффициент распределения при расчёте позволяет получить инерционные сейсмические силы не только для поступательных, но и для крутильных форм колебаний.
-
Модернизирован алгоритм автоматического выбора шага для геометрически нелинейных задач.
-
Для построения графиков ответ-спектра добавлена возможность настройки формата вывода значений на оси абсцисс в виде частоты колебаний или периода.
-
В результатах расчета в меню “Суммирование нагрузок” добавлен функционал определения суммарных сдвигающих сил и опрокидывающего момента от динамических загружений (сейсмика и пульсация) с целью расчета на сдвиг и опрокидывание. Суммирование выполняется тем же методом (SSRS, CQC, 10%), который выбран в параметрах этого динамического воздействия. По результатам суммирования можно получить подробный отчет (для целей верификации и/или оформления отчета).
Усовершенствования расчетных возможностей
В дополнение к существующим комбинациям генерируемым с помощью РСУ и РСН реализован новый алгоритм определения сочетаний отдельных загружений, которые могут быть решающими (наиболее опасными) для каждого проверяемого элемента и каждого узла расчетной модели. Новый метод совмещает в себе все преимущества предыдущих методик, и добавляет новые возможности: работа с большим количеством сочетаний (больше 1000 комбинаций), пользовательские настройки видов и подвидов загружений, пользовательские формулы сочетаний, формульное представление логических связей, матричное представление взаимоисключающих загружений и многое другое.
В задачах динамики во времени реализован новый вид равномерно-распределенной нагрузки на стержни и пластины. Доступны следующие законы изменения: кусочно-линейная нагрузка с произвольным или равномерным шагом, а также синусоидальная нагрузка.
Добавлена возможность задания несколько динамик во времени с разными параметрами в рамках одной расчетной модели.
Реализован новый тип жесткости для пластин - пользовательская матрица упругости.
Для спектрального метода расчета на сейсмические воздействия реализовано вычисление коэффициентов диссипации форм через матрицу демпфирования.
Реализована возможность управлять значением минимального процента вклада в модальные массы для учета собственных форм колебаний в динамической реакции сейсмических воздействий.
При выполнении расчета с контролем параметров добавлена опция, которая позволяет исключить из расчета параметры организации шагового процесса для решения нелинейных задач, задач монтажа-демонтажа сооружения, прогрессирующего разрушения, задач инженерной нелинейности 1 и 2. Данная опция может использоваться для проведения предварительных экспресс расчетов и не требует удаления данных о нелинейных историях/монтаже. При установке флажка расчет проводится по заданным загружениям как расчет обычной задачи.
Модифицирован диалог Расчет с контролем параметров, что связано с исключением расчетного процесса прежних версий.
Для расчетов на динамические воздействия при смещении узловых масс реализована возможность указывать массы каких направлений необходимо смещать.
Реализована возможность учета коэффициентов Рэлея для расчета на сейсмические воздействия методом разложения по собственным формам колебаний.
Для расчета коэффициентов упругого основания С1/С2 и расчета жесткостей свай реализована возможность исключения из итераций загружений, которые не участвуют в уточнении активного давления на грунт Pz.
Добавлена возможность определения усилий в стержневых аналогах (СА) для загружений «по формуле» (загружений созданных как комбинации результатов расчета произвольного набора других загружений).
Реализован алгоритм для пересчета исходной акселерограммы на заданную отметку, отличную от уровня замеров при испытаниях.
Реализован опциональный способ приложения горизонтального и вертикального ускорений в расчетах на сейсмические воздействия. Во многих сейсмических нормах есть разделение на горизонтальное и вертикальное ускорение. Раньше в одной и той же составляющей одной и той же сейсмики на горизонтальные степени свободы узлов прикладывалось горизонтальное ускорение, а на вертикальные степени свободы - вертикальное. Теперь по опции если это горизонтальное воздействие, то на все степени свободы узлов прикладывается горизонтальное ускорение, а если это вертикальное воздействие, то вертикальное ускорение.
Усовершенствования расчетных возможностей
-
Актуализирован модуль динамики (32) в соответствии с требованиями “СНРА 20.04-2020. Строительные нормы Республики Армения. Сейсмостойкое строительство. Нормы проектирования”.
-
Для объемных итерационных КЭ добавлена информация о НДС сечения, которая позволяет анализировать состояние основного и армирующего материалов.
-
Для нелинейных упругих связей (КЭ 295, 296) реализовано вычисление окончательных жесткостей.
Расчет реакций
Настройки расчета
-
Реализовано альтернативное правило знаков деформаций для КЭ 55, 255, 265 и 295. Смысл нового правила заключается в том, что если узлы перемещаются вдоль некой оси локальной системы координат элемента навстречу друг другу (сжатие), то деформация вдоль этой оси имеет знак «-», а если узлы перемещаются друг от друга (растяжение), то деформация имеет знак «+». Если проекции узлов на эту ось совпадают, то знак деформации будет зависеть от порядка перечисления узлов при задании элемента т. е. также как и определялся ранее.
Примечание:
Ранее деформации вычислялись как разница перемещений 2-го и 1-го узла. Т.е. знак деформации зависел от порядка перечисления узлов при задании элемента.
-
При расчете пластинчатых систем стало возможным для отдельных конечных элементов оболочки задание шестой степени свободы (поворот UZ относительно оси ортогональной плоскости пластины).
Учет ортотропии
Добавлена проверка и ограничение на заданные характеристики жесткости ортотропии. Необходимо, чтобы жесткость была положительной:
-
для пластинчатых КЭ ν12 ≥ 0, ν21 ≥ 0, ν12*ν21 < 1;
-
для объемных КЭ ν12 ≥ 0, ν21 ≥ 0, ν13 ≥ 0, ν31 ≥ 0, ν23 ≥ 0, ν32 ≥ 0,
ν12*ν21 + ν23*(ν12*ν31 + ν32) + ν13*(ν21*ν32 + ν31) < 1
Условия того что матрица физических постоянных для ортотропии положительно определенная:
-
для пластинчатых КЭ E1*E2 > (0.5*(E1*ν12+E2*ν21))^2;
-
для объемных КЭ
E1*E2*(1-ν23*ν32)*(1-ν13*ν31) > (0.5*(E1*(ν12+ν13*ν32)+E2*(ν21+ν31*ν23)))^2
E1*E3*(1-ν23*ν32)*(1-ν12*ν32) > (0.5*(E1*(ν13+ν12*ν23)+E3*(ν31+ν21*ν32)))^2
E2*E3*(1-ν13*ν31)*(1-ν12*ν32) > (0.5*(E2*(ν23+ν13*ν21)+E3*(ν32+ν12*ν31)))^2
Нелинейные пользовательские сечения
Реализована возможность расчета физически нелинейных стержневых конечных элементов для которых назначено сечение произвольного очертания и состава, созданное с помощью системы “Конструктор сечений универсальный”. Элементы с таким сечением могут быть физически нелинейными шаговыми, итерационными с разгрузкой с начальной жесткость и итерационными без учета разгрузки.
Новый вид усилия
Реализовано вычисление нового вида усилия - аналога перерезывающей силы для стесненного кручения (признак схемы 6). Изгибно-крутильный момент вычисляется в расчетных сечениях стержня, а также для него строятся эпюры по длине стержней для КЭ 7. Данный вид усилия необходим для определения касательных напряжений при проверке несущей способности элементов подверженных кручению.
Нелинейная работа грунта
-
Реализован учет максимального сопротивления грунта для нелинейной работы упругого основания стержней и пластин.
Раньше под нелинейной работой упругого основания стержней и пластин подразумевалось только то, что С1/С2 выключалась из работы при отрыве (односторонняя работа). Теперь в дополнение к односторонней работе можно задать еще и ограничение на максимальное сопротивление грунта на сжатие. Т.е. теперь есть два варианта работы упругого основания:
- односторонняя работа и отсутствие ограничения на максимальное сопротивление грунта;
- односторонняя работа и ограничение на максимальное сопротивление грунта на сжатие.
-
Добавлена возможность получать предельное значение расчетного сопротивления из расчета системы “ГРУНТ”.
Важно!
Максимальное сопротивление грунта должно быть отрицательным значением. Если данные отсутствуют или значение больше или равно нулю, то в расчет принимается условие, что максимальное сопротивление грунта не задано.
Новые типы АЖТ
Реализованы новые типы АЖТ.
Теперь АЖТ может быть одним из следующих типов:
- Все степени свободы
- X, Y, Z, UX, UY, UZ
- Z, UX, UY
- Y, UX, UZ
- X, UY, UZ
- X, Y, UZ
- X, Z, UY
- Y, Z, UX
- X, Y, UX, UY, UZ
- X, Z, UX, UY, UZ
- Y, Z, UX, UY, UZ
Направления степеней свободы соответствуют направлениям локальной системы координат ведущего узла.
Раньше АЖТ было только 1-го типа «Все степени свободы». Это означало, что кроме кинематических связей между X, Y, Z, UX, UY, UZ ведомый и ведущий узел были связаны одинаковыми значениями депланации (6-й признак схемы) и температуры (15-й признак схемы).
2-й тип АЖТ накладывает только кинематические связи между X, Y, Z, UX, UY, UZ.
Типы АЖТ 3-5 связывают перемещения ведомого и ведущего узла при их выходе из соответствующей плоскости. Соответственно в этой плоскости перемещения ведомого и ведущего узла независимы.
Типы АЖТ 6-8 связывают перемещения ведомого и ведущего узла в соответствующей плоскости. Соответственно при выходе из этой плоскости перемещения ведомого и ведущего узла независимы.
Типы АЖТ 9-11 делают перемещения ведомого и ведущего узла независимыми только вдоль соответствующей оси.
Теперь узел может быть ведущим сразу для нескольких АЖТ. Продиктовано это следующим.
Рассмотрим моделирование пересечения плиты со стеной, где плита «оставляет след» в виде АЖТ в стене, а стена «оставляет след» в виде АЖТ в плите.
Раньше схема на рисунке моделировалось тремя АЖТ:
1, 4, 5, 48, 51
2, 6, 7, 47, 50
3, 8, 9, 46, 49
Теперь это можно смоделировать с помощью шести АЖТ. Это позволит освободить степени свободы в АЖТ в направлениях не требующих сдерживания. Например, чтобы узлы плиты и стены, находящиеся в АЖТ, могли свободно перемещаться от температурного нагрева.
1, 4, 5 (тип АЖТ 3. Z, UX, UY)
1, 48, 51 (тип АЖТ 5. X, UY, UZ)
2, 6, 7 (тип АЖТ 3. Z, UX, UY)
2, 47, 50 (тип АЖТ 5. X, UY, UZ)
3, 8, 9 (тип АЖТ 3. Z, UX, UY)
3, 46, 49 (тип АЖТ 5. X, UY, UZ)
Т.е. 1, 4, 5 - это неизгибаемое тело в плоскости ХОУ, но может в этой плоскости деформироваться,
А 1, 48, 51 — это неизгибаемое тело в плоскости УOZ, но может в этой плоскости деформироваться
Внимание!
При чтении файлов задач предыдущих версии все АЖТ имеют 1-й тип (все степени свободы).
Ведомый узел может входить только в одно АЖТ и ведомый узел не может являться ведущим.
Конечный элемент "стык"
Для КЭ стыка добавлена опция "Разгрузка с начальной жесткостью". Разгрузка выполняется по упруго-пластической модели с начальной жесткостью от точки текущего состояния. Повторная загрузка происходит по ветви предыдущей разгрузки, что возвращает состояние стыка в точку с максимальной деформацией, которая была достигнута ранее. Сдвиговая жесткость КЭ стыка связана с вертикальной жесткостью зависимостью, показанной на рисунке ниже.
Pushover Analysis
-
Для расчета методом Pushover Analysis добавлена возможность задания пользовательских шагов приложения горизонтальной сейсмической нагрузки и учета коэффициента диссипации.
-
В расчете методом Pushover Analysis реализована возможность использовать итерационные КЭ, ранее использовались только шаговые. Например, данная возможность позволяет учитывать локальную пластичность с помощью введения нелинейных шарниров и неупругих связей.
Сейсмоизоляторы
Для КЭ трения 263/264 реализована опция "Разгрузка с начальной жесткостью". Опция позволяет реализовать гистерезисное поведение КЭ при циклическом нагружении: в момент изменения направления движения (когда скорость равна 0) происходит срабатывание силы трения T=N*mf (mf - заданный в параметрах жесткости коэффициент трения). КЭ трения при включении опции "разгрузка с начальной жесткостью" позволяет описать, к примеру, поведение фрикционного сейсмоизолятора, а при параллельном соединении с КЭ упругой связи - фрикционный маятниковый сейсмоизолятор.
Коэффициенты диссипации
-
Добавлено вычисление коэффициентов диссипации по формам для динамических модулей 41 и 64 (вычисляется на основании коэффициентов диссипации, заданных для элементов).
Примечание: в версии Лира-САПР 2022 R2 при расчёте на акселерограммы сейсмического воздействия с использованием 27 и 29 модулей динамики для расчетных моделей, состоящих из элементов или подсистем с различными демпфирующими свойствами, был реализован расчёт эквивалентного затухания по j-ой собственной форме колебаний по следующей формуле:
ξj={φj}T*∑[ξK]i*{φj}/{φj}T*[K]*{φj}
где {φj} – вектор j-й формы колебаний, [K] – матрица жесткости модели, ∑[ξK]i – матрица жесткости для i-го элемента или подсистемы, умноженная на коэффициент диссипации (коэффициент демпфирования в долях от критического) для этого элемента.
-
Добавлена возможность использовать раздельно коэффициенты диссипации для каждого динамического загружения в модулях динамики 27/29 и 41/64. Для этих модулей добавилась возможность ограничивать коэффициент диссипации: для 27 и 29 – максимальный коэффициент диссипации, для 41 и 64 – минимальное и максимальное Nu.
Перераспределение масс
Реализована процедура перераспределения масс. Для каждого спектрального динамического загружения и для динамики во времени можно задать набор групп перераспределения масс. Данная функциональность позволяет выполнить требования нормативных документов, касающихся учета эффектов кручения, вызванных неопределенностями в расположении масс и пространственными вариациями сейсмического воздействия.
Каждая группа имеет такие параметры:
- Положение локальной системы координат группы. Возможны два варианта задания положения этой системы координат: по умолчанию и задание угла поворота вокруг глобальной оси Z.
- Смещение масс вдоль локальной оси R` (Eak_R`).
- Смещение масс вдоль локальной оси T` (Eak_T`).
- Список элементов для формирования группы.
Положение ЛСК группы по умолчанию определяется следующим образом:
- для однокомпонентных сейсмических воздействий – направление местной оси Х определяется как проекция сейсмического воздействия на плоскость ХOY глобальной системы координат.
- для трехкомпонентных сейсмических воздействий с радиальными составляющими – направление местной оси Х совпадает с направлением радиальной составляющей сейсмического воздействия;
- для других спектральных динамических воздействий и динамики во времени – местная система координат группы совпадает с глобальной системой координат.
Цель перераспределения масс – сместить центры масс на заданные величины смещений Eak_R` и Eak_T`.
Важно!
В группе перераспределяются массы, полученные с нагрузок и весов масс, приложенных на элементы и непосредственно на внутренние узлы группы. Внутренние узлы группы - это узлы, которые принадлежат только элементам группы. Для сбора масс элемента группы в его узлы, используется диагональная матрица масс, независимо от того какой тип матрицы был задан.