В результате в оболочке образовались впадины и складки, ухудшившие условия ее работы…”.
Попробуем воспроизвести исходную форму оболочки, приложить к ней пневматическую нагрузку и посмотреть, что выйдет в результате.
1 Моделирование исходной формы.
Программа rZeppelin предназначена для моделирования напрягаемых оболочек, форма которых зависит от конфигурации их контура, а также от внешних и внутренних сил, действующих на них. Такие поверхности практически всегда имеют двоякую кривизну. С этой точки зрения исходная форма, которую изготовили в далеком 1960 г в надежде получить симпатичное зернохранилище, является нетипичной. Ее верхняя часть –конус, который не является поверхностью двоякой кривизны, плавно переходит в двояковыпуклый низ, где кривизна довольно существенна. Такую форму лучше всего строить инструментом, подобным модификатору lathe в 3DSMax. Поскольку решение подобной задачи не совсем отвечает специфике программы и имеет чисто спортивный интерес, Вы можете скачать результат, получившийся у меня и сразу перейти к разделу 2.
Для интересующихся всеми подробностями привожу свою стратегию.
Теоретически, мы можем добиться подобной формы, попеременно воздействуя на исходную сетку противоположно направленными силами: пневматической нагрузкой снизу, которая сформирует двояковыпуклые участки, и вертикальной нагрузкой сверху, которая компенсирует выпуклость верхней части оболочки и сделает ее конусной. Вопрос в том, когда подключать те или иные силы, решается методом проб и ошибок.
Открываю программу rZeppelin и соглашаюсь с параметрами сетки в стартовом диалоге.
Нажимаю на панели инструментов кнопку Edit mode, щелкаю на вершине с координатами 0,0 В появившемся диалоге устанавливаю флажок Arc vertex, нажимаю ОК. То же проделываю с вершиной с координатами 10000, 10000. Затем выделяю центральную вершину с координатами 5000, 5000 и устанавливаю ее координату в поле Z= (8600), OK.
Далее, перехожу в диалог настроек физического моделирования Tension->Settings…В разделе Pretension [0.999-0.1] устанавливаю минимальное значение -0.1, отмечаю фляжок Fixed borders и выхожу. Начинаю вести построение, нажимая кнопку Tension на панели инструментов. После четырех-шести нажатий опять перехожу в диалог Tension->Settings…, меняю значение Calculation quality [1-100000] (Качество расчета) на 10, выхожу и еще четыре-шесть раз нажимаю на кнопке Tension.
Результат на Рис 2
Затем опять перехожу в диалог Tension->Settings…, устанавливаю флажок Fix current shape as the template., устанавливаю значение силы Pneumo равным 1 000 000, обнуляю значение Vertical force. В поле Iterations per click поставьте значение 250.
Теперь нам нужно 80 раз щелкнуть по кнопке Tension. Не хотите? Тогда войдите в диалог Tension->Settings…, и в поле Iterations per click поставьте значение 25Х80=2000 и щелкните один раз. Ждать результата придется около минуты.
Если бы значение Calculation quality [1-100000] на данном этапе равнялось единице, количество щелчков уменьшилось бы в до восьми, а скорость расчета-в 10 раз увеличилась.
Обычно, уровень качества расчета следует увеличивать после того, как на единице модель стабилизировалась. Это экономит время. Но нам это не подходит, поскольку мы скорее всего не найдем стабильного состояния нужной нам формы. Ее мы будем ловить “на лету”, а это значит, что форма оболочки должна быть точной не только в конце расчета, но и на всем его протяжении. Отсюда и потеря времени.
Результат на Рис.3
Теперь пришло время задействовать вертикальную силу: Tension->Settings-> Vertical force=1 000 000, OK. Пневматическую силу оставляем без изменений, она продолжает округлять низ. Нажимаем на Tension 40 раз (ну, или…). Видим, как вертикальная сила выравнивает очертание верхней части модели.
Теперь отключаем вертикальную силу и увеличиваем значение Pretension [0.999-0.1] до 0,2. Нажимаем на Tension 70 раз.
Результат на рис 4
Далее мы должны отмасштабировать эту модель относительно оси Z на 50 %.
На панели инструментов выбираем инструмент 3D Hotspot и на пустом месте экрана ставим точку. Она будет выполнять роль центра трансформации. Переходим в Edit Mode и нажимаем на точке. В появившемся диалоге отмечаем флажок Scale around this, выходим из диалога и щелкаем по любой вершине сетки. Появляется диалог установок масштабирования. В поле oz ставим значение 50, OK
Результат на Рис 5
Видим, что масштабирование негативно сказалось на закругленных частях модели: они неестественно сплющились. Слегка “надуем” их. Заходим в Tension->Settings, отмечаем флажок Fix current shape as the template, устанавливаю значение Pretension [0.999-0.1] равным 0,99, значение Pneumo равным 2000, выходим и щелкаем правой клавишей мыши по центральной точке модели, делая ее подвижной.
Десять раз щелкаем на Tension.
Исходная форма готова [Рис 6].
2 Нагружение исходной формы.
Итак, у нас имеется исходная форма зернохранилища, построенная самостоятельно, либо скачанная Перед тем, как мы приложим к ней пневматическую нагрузку, мы должны сделать её шаблоном (template). Шаблон программа понимает как форму в спокойном состоянии, к которой не приложены никакие силы. Заходим в диалог Tension->Settings и отмечаем флажок Fix current shape as the template. Если Вы сами построили исходную форму, Вы помните, что этот флажок мы отмечали не один раз. Да, его можно использовать и как инструмент моделирования.
Тепер нам надо установить реальные значения для сил, которые будут воздействовать на шаблон. Величину предварительного натяжения Pretension установим в положение 0,999 – это означает, что натяжение практически отсутствует. Единственная сила, которая будет растягивать шаблон – это сила Pneumo .
Вертикальную силу оставим нулевой. Если Вы захотите узнать, что получится, если на Ваше сооружение выпадет снег, найдите в нормативе “Нагрузки и воздействия ” значение снеговой нагрузки для Вашего региона и подставьте его в поле Vertical force.
Величина Pneumo на практике, в зависимости от погодных условий, устанавливается в пределах 150 – 500 кг/м2. Поставим среднее значение – 325.
В разделе Materials: Young module Gpa устанавливаются значения модуля упругости используемого для оболочки материала. В книге Л.Б.Арсеньева и В.П.Полякова пишется, что ткань оболочки была хлопчатобумажной . Это означает, что модуль упругости ткани был минимальным. Оставим значение 1.
Показатель Calculation quality [1-100000] (Качество расчета) установим на 1.
Установки окончены. Начинаем расчет, нажимая на кнопку Tension. Когда видимое изменение формы окончится, изменим показатель Calculation quality на 10 и продолжим расчет. Через минуту верхняя точка модели замрет на отметке 5877 мм [Рис 7]. .
Сравним форму шаблона с окончательной формой [Рис 8].
Различия между ними идентичны различиями между спроектированным и установленным в 1960 г зернохранилищем. Только в нашем случае, чтобы их увидеть, не пришлось изготавливать опытный образец, покупать компрессоры и заниматься монтажом.
Обращает на себя внимание, что на Рис.1 внизу указано два диаметра. В опытном образце 1960 г край оболочки не закреплялся жестко по периметру, как в нашей модели, а пригружался изнутри мешками с песком. Вследствие этого края оболочки после наполнения воздухом поднялись и диаметр опирания уменьшился, что повлекло за собой еще большее увеличение высоты. Сравним: разница между фактической и проектной высотой зернохранилища 9м/6м=1.5; а у нас разница между окончательной моделью и шаблоном 5.877м/4.5245м=1.3.
Мораль этой истории следующая: если Вы изобразили красивую форму, которая по Вашему замыслу должна быть пневматической, то это еще не значит, что она получится такой, какой Вы ее нарисовали. Получиться может нечто совсем неожиданное Создавайте исходные формы, шаблоны, в программе rZeppelin такими, чтобы они доходили до стадии стабилизации формы при расчете. И тогда реальная пневматическая нагрузка повлияет на их форму минимальным образом.
Комментариев нет:
Отправить комментарий