2. Επίλυση Δικτυωμάτων με τις Μεθόδους Ευκαμψίας (ή Δυνάμεων)

Transcript

1 ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 2. Επίλυση Δικτυωμάτων με τις Μεθόδους Ευκαμψίας (ή Δυνάμεων) Εαρινό εξάμηνο 2019 Πέτρος Κωμοδρόμος Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 1

2 Θέματα Εισαγωγή στις σύγχρονες μεθόδους ανάλυσης κατασκευών μέθοδοι των δυνάμεων (ή ευκαμψίας) μέθοδοι των μετακινήσεων (ή δυσκαμψίας) Μέθοδοι ευκαμψίας (ή δυνάμεων) Ανάλυση δικτυωμάτων Ανάλυση ισοστατικών δικτυωμάτων Ανάλυση υπερστατικών δικτυωμάτων Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 2

3 Σύγχρονη στατική και δυναμική ανάλυση των κατασκευών στηρίζεται σε μεθόδους ανάλυσης με μητρώα: συστηματική επίλυση κατασκευών με γενικό τρόπο αξιοποίηση ισχύος Η/Υ δυνατότητα επίλυσης πολύπλοκων κατασκευών αποφυγή αναγκαίων και ανακριβών προσεγγίσεων σημαντική μείωση κόστους ανάλυσης ακρίβεια αποτελεσμάτων ταχύτατη επίλυση Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 3

4 Παράγοντες που επέτρεψαν τη χρήση σύγχρονων μεθόδων ανάλυσης των κατασκευών ανάπτυξη μεθόδων ανάλυσης με μητρώα γνωστές πριν από την εμφάνιση των Η/Υ ανάπτυξη μεθόδων αριθμητικής ανάλυσης (αριθμητικές μέθοδοι) επίλυση γραμμικών συστημάτων εξισώσεων ολοκλήρωση διαφορικών εξισώσεων. κ.λπ. ραγδαία ανάπτυξη Η/Υ και μείωση υπολογιστικού κόστους ανάπτυξη και χρήση γλωσσών προγραμματισμού Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 4

5 Χρήση μεθόδου των δυνάμεων για μεγαλύτερους βαθμούς στατικής αοριστίας Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 5

6 Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 6

8 Σύγχρονες μέθοδοι ανάλυσης κατασκευών μέθοδος των δυνάμεων ή ευκαμψίας oι άγνωστοι στις σχηματιζόμενες εξισώσεις είναι δυνάμεις και ροπές μέθοδος των μετακινήσεων ή δυσκαμψίας oι άγνωστοι στις σχηματιζόμενες εξισώσεις είναι μετακινήσεις Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 8

9 Γενικευμένη μέθοδος των δυνάμεων (ή ευκαμψίας) βασίζεται στα μητρώα ευκαμψίας των επιμέρους μελών μιας κατασκευής τα οποία συνδυάζονται, χρησιμοποιώντας κατάλληλα μητρώα μετασχηματισμών, ώστε να σχηματιστεί το μητρώο ευκαμψίας F της κατασκευής χρήσιμη για επιλύσεις απλών προβλημάτων με το χέρι δύσκολη αυτοματοποίηση και προγραμματισμός της μεθόδου ο τρόπος και η διαδικασία επίλυσης ενός φορέα με τη μέθοδο ευκαμψίας διαφέρει ανάλογα με το αν ο φορέας είναι ισοστατικός ή υπερστατικός μπορούν να γίνουν διαφορετικές επιλογές στον καθορισμό των υπερστατικών μεγεθών Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 9

10 Ανάλυση ισοστατικών δικτυωμάτων με τη γενικευμένη μέθοδο δυνάμεων ή ευκαμψίας ΔL L N A E Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 10

11 Συνήθη διανύσματα μεθόδου δυνάμεων ή ευκαμψίας Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 11

12 Ανάλυση ισοστατικών δικτυωμάτων s : αξονική δύναμη στους κόμβους της ράβδου, σύμφωνα με το τοπικό σύστημα συντεταγμένων του μέλους u : σχετική μετακίνηση ΔL των κόμβων της ράβδου, σύμφωνα με το τοπικό σύστημα συντεταγμένων του μέλους οι μετακινήσεις u i στα άκρα ενός μέλους μπορούν, με τη χρήση του μητρώου ευκαμψίας F i, το οποίο στη περίπτωση των δικτυωμάτων είναι ένα απλό στοιχείο, να εκφραστούν συναρτήσει των δυνάμεων s i στα άκρα των μελών: Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 12

13 Ανάλυση ισοστατικών δικτυωμάτων b : μητρώο μετασχηματισμού το οποίο συνδέει τις επικόμβιες δυνάμεις με τις δυνάμεις στα άκρα των ράβδων R : επικόμβιες δυνάμεις στο δικτύωμα s : αξονική δύναμη της ράβδου Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 13

14 Υπολογισμός μητρώου μετασχηματισμού b Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 14

15 Παράδειγμα-1 Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 15

18 Μητρώο ευκαμψίας ράβδου και δικτυώματος Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 18

19 Μητρώο ευκαμψίας ράβδου και δικτυώματος Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 19

20 Αρχή δυνατών συμπληρωματικών έργων και μέθοδος ευκαμψίας Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 20

22 Διαδικασία επίλυσης ενός ισοστατικού δικτυώματος Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 22

35 Ανάλυση υπερστατικών δικτυωμάτων με τη Μέθοδο Ευκαμψίας Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 35

38 Αρχή δυνατών συμπληρωματικών έργων και μέθοδος ευκαμψίας για υπερστατικά δικτυώματα Εξωτερικό δυνατό συμπληρωματικό έργο: Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 38

39 Αρχή δυνατών συμπληρωματικών έργων και μέθοδος ευκαμψίας για υπερστατικά δικτυώματα Εσωτερική δυνατή συμπληρωματική ελαστική ενέργεια : Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 39

42 Διαδικασία επίλυσης ενός υπερστατικού δικτυώματος Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 42

49 καθορισμός υπερστατικού μεγέθους ώστε να προκύψει ισοστατικός σταθερός φορέας (η άρθρωση γίνεται κύλιση) Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 49

63 Χρήση συνολικών μητρώων Λαμβάνονται υπόψη όλοι οι βαθμοί ελευθερίας Απαιτούνται συνήθως περισσότεροι υπολογισμοί για να επιλυθεί ο φορέας για μία φόρτιση, αλλά λιγότεροι αν ο φορέας πρέπει να επιλυθεί για διάφορες φορτίσεις ή όταν απαιτούνται μετακινήσεις διαφορετικές από αυτές που αντιστοιχούν στις συγκεκριμένες εξωτερικά επιβαλλόμενες επικόμβιες φορτίσεις Το μητρώο ευκαμψίας που προκύπτει μπορεί να χρησιμοποιηθεί για: να επιλυθεί ο φορέας για κάθε δυνατή φόρτιση να υπολογισθεί μετακίνηση για οποιοδήποτε βαθμό ελευθερίας Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 63

64 Συνολικά μητρώα μετασχηματισμού: Ισοστατικά δικτυώματα: Υπερστατικά δικτυώματα: Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 64

65 Χρήση συμπυκνωμένων μητρώων Λαμβάνονται υπόψη μόνο οι βαθμοί ελευθερίας που αντιστοιχούν σε εξωτερικά επιβαλλόμενα φορτία ή όπου απαιτείται υπολογισμός μετακινήσεων Απαιτούνται συνήθως λιγότεροι υπολογισμοί για να επιλυθεί ο φορέας για μία συγκεκριμένη φόρτιση, ειδικά αν δεν απαιτούνται μετακινήσεις διαφορετικές από αυτές που αντιστοιχούν στις συγκεκριμένες εξωτερικά επιβαλλόμενες επικόμβιες φορτίσεις Το μητρώο ευκαμψίας που προκύπτει μπορεί να χρησιμοποιηθεί: για να επιλυθεί ο φορέας μόνο για τη συγκεκριμένη φόρτιση να υπολογισθούν μόνο μετακινήσεις που αντιστοιχούν στους βαθμούς ελευθερίας που λήφθηκαν υπόψη Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 65

66 Χρήση συμπυκνωμένων μητρώων μετασχηματισμού: Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 66

67 Χρήση συμπυκνωμένων μητρώων μετασχηματισμού: Πέτρος Κωμοδρόμος ΠΠΜ 221: Ανάλυση Κατασκευών με Mητρώα 67