суббота, 11 февраля 2017 г.

Теоретический курс по основам расчета на механическую прочность. Часть 1 - Нагрузка vs воздействие

Приветствую всех.
Сегодня второе по счету видео в рамках теоретического курса по основам расчетов.


Слайд.
В рамках сегодняшнего видео будет 5 тематических разделов.
Для начала хочется затронуть ряд вопросов связанных с курсом в целом, далее будут даны более полные определения терминам вынесенным в тематику сегодняшней лекции. Т.е. речь пойдет о том что такое «нагрузка», и что такое «воздействие»
После этого на небольшом примере будут рассмотрены оба термина их применимость и предпочтительность.
Далее будет небольшая лабораторная работа, которая позволит Вам повторить то, что было показано в примере ранее и закончим все небольшим домашним заданием.
Ну а теперь перейдем к первому пункту нашего сегодняшнего повествования.
Слайд.
Во, первых хотелось бы извиниться за очередную задержку  и сказать, что текущая пауза между видео была связана с участием в Autodesk University Russia 2016. Более подробно узнать о мероприятии можно на блоге Андрея Михайлова (https://mikhailov-andrey-s.blogspot.ru/2016/10/autodesk-university-russia-2016-4-10-2016.html), а познакомиться с материалами, которые были озвучены мною на конференции можно на форуме автодеск (https://forums.autodesk.com/t5/konferentsiya-autodesk-university/vnedrenie-raschetnyh-tehnologiy-v-proektnuyu-praktiku/td-p/6582102 https://forums.autodesk.com/t5/konferentsiya-autodesk-university/mnogovariantnye-issledovaniya-pri-protezirovanii-s-ispolzovaniem/td-p/6582118 ). Все ссылки даны в описании к видео.
Так что, в принципе, можно сказать, что за этот  месяц было выпущено два видео. И так получилось, что подготовка к следующим видеолекциям и  обсуждение докладов натолкнуло на мысль, что имеет смысл несколько расширить структуру курса. По итогам я решил добавить два дополнительных раздела:
Один напрямую касается уже имеющихся вопросов и разделов, и будет посвящен используемой в курсе терминологии.
Второй же является еще более общим и будет посвящен различным вопросам внедрения
Сегодняшнее видео, с одной стороны, как раз идет по озвученной ранее структуре курса, а с другой является примером видео для нового раздела.  Кроме того видео «лабораторных работ» будут дополнительно заливаться отдельно, для тех кто хочет меньше терять время на разные словоблудия. Таким образом, можно сказать, что получится еще один дополнительный раздел в рамках курса.
Ну а теперь, чтобы не сильно затягивать,  давайте перейдем к непосредственной теме лекции
Слайд.
Итак, переходим к терминам. И первым у нас идет термин «нагрузка». Термин привычный и часто используемый. Кроме перечисленных на слайде есть еще большое количество вариантов, например «учебная нагрузка» или даже «налоговая нагрузка». Именно  этим термином определяют всю совокупность сил, моментов, приложенных давлений и пр. в сопромате и механике.
Ну и после этого многим может быть не совсем понятно, зачем городить огород и придумывать какие-то дополнительные термины. Но все же давайте рассмотрим еще один.
слайд
И этим термином будет «воздействие».
И эти самые «воздействия» бывают крайне разными. Согласно стандартному определению этим словом обозначается абсолютно любое действие над объектом. Т.е. когда мы прикладываем нагрузку, мы оказываем воздействие. Таким образом, ясно, что воздействие чуть более общий термин, но вот целесообразность упомянутого огорода пока не до конца ясна.
И потому переходим к третьей части нашего марлезонского балета, а именно к наглядному примеру.
Слайд.
В рамках нашего примера мы рассмотрим задачу близкую к тому, что когда-то решалась многими в рамках сопромата ил смежных дисциплин. Итого у нас есть балка прямоугольного сечения, с консольным защемлением с одной стороны и свободным опиранием с другой. Эти термины мы более подробно рассмотрим в следующих лекциях, а пока скажем, что слева наша балка забетонирована, а с другой просто лежит на чем-то.
Сверху в одной точке у нас действует сосредоточенное усилие, как показано на рисунке. Ну и картины напряженно-деформированного состояния приведены тут же на слайде.
При этом есть еще один момент, на котором мы будем подробно останавливаться в дальнейших лекциях. Речь идет о термине НДС. Данное сокращение расшифровывается как напряжённо-деформированное состояние. Так вот, нижняя картинка часто называется картиной деформаций, ну или из определения – деформированное состояние. Так вот картина деформаций, как говорил Горбачев – это не правильно, правильно картина деформирования, картина перемещений или деформированное состояние. Но это если поумничать, а так мы пока тоже будем пользоваться простонародными терминами, где это возможно.
А теперь вернемся к приложенному усилию. Хочется отметить, что проще всего это усилие назвать именно нагрузкой. И это будет правильно. Но мы пойдем дальше и попробуем внести некоторые изменения.
Слайд.
И первым изменением, которое мы внесем, будет изменение положения силы.
слайд
Естественно при этом происходит изменение напряженно-деформированного состояния. И это показано на слайде.  Несколько меняются значения, меняются картины распределения, но в целом  это и понятно.
Чтобы было более понятно, как именно меняются напряжения и перемещения совместим оба случая на одном слайде. Хорошо видно, что у нас сместился максимум перемещений вслед за усилием, но в целом в обоих случаях этот максимум все равно «пляшет» около середины балки. Что касается напряжений, то пятна повышенных напряжений также сместились вслед за усилием, причем в отличие от перемещений – напряжения более четко отслеживают положение усилия. Также вместе с максимумом немного сместилось место и с локальным минимумом напряжений. Но при этом следует отметить и тот факт, что существенно выросли напряжения в месте заделки.
Слайд.
Вторым шагом изменим величину усилия. Положение остается тем же, а вот величина выросла в два раза.
Слайд.
Хорошо видно что картины напряженно-деформированного состояния, по сути не поменялись, т.е. характер остался тем же, а вот значения – поменялись.
Слайд
Чуть лучше это видно на сравнении. Слева у нас перемещения, справа напряжения, сверху –исходная нагрузка, снизу – увеличенная.
Так как на данном слайде количественное изменение тех же напряжений не очень хорошо заметно, то воспользуемся возможностью отобразить результаты с едиными настройками шкал.  Тут хорошо видно, как похожие картинки становятся визуально очень различными.
Какой вывод можно сделать. В отличие от случая с изменением положение усилия, при изменении его величины  характер поведения конструкции не меняется. Значения напряжений и перемещений при этом меняются кратно изменению величины усилия.
Слайд
Т.о. мы полностью убедились, что НДС зависит от нагрузки и ее изменение приводит к изменению НДС. Это вполне понятно и логично. А вот далее хотелось бы отметить, что при неизменной нагрузке НДС также может измениться и существенно. И сейчас мы рассмотрим такой вариант. Для этого, как уже говорилось, мы оставим уровень  усилия и его положение, как и в предыдущем варианте, но уберем правую опору.
Слайд
Если посмотреть на результаты расчета
Слайд
То и без сравнения можно понять, что результаты изменились кардинально. Если же их снова привести на одном слайде для упрощения анализа, то это не только понятно но и очевидно.
Слайд.
Характер распределения перемещений и напряжений, места концентрации, значения контролируемых параметров – изменилось все.
И вот тут, некоторые могут возразить, что нагрузка поменялась, раз убрали одно из закреплений. Увы нет. Нагрузка  осталась неизменной, изменилось же воздействие.
Слайд.
Таким образом, как и при внесении любых изменений в нагрузку, при внесении  изменений в воздействие на конструкцию у нас может и будет меняться характер НДС. При этом изменение количества нагрузок, их положения и величин также можно назвать изменением воздействия.
Подобные изменения нередко называют не изменением воздействия на конструкцию, а изменением  схемы нагружения. И термин «схема нагружения» включает в себя не только нагрузку, но и закрепления, в том числе. Впрочем, если выключить режим занудства, следует отметить что в обиходе упрощение многих терминов и говоря «изменение нагрузки», автор высказывания и подразумевает любой из вариантов – изменение именно нагрузки, изменение схемы нагружения или изменение воздействия, хотя это и не совсем корректно.
слайд
Если Вы хотите самостоятельно получить схожие результаты, то скоро будет опубликовано видео с подробной пошаговой инструкцией. Как только это будет сделано в данном месте и под видео появятся соответствующие ссылки.
А теперь перейдем к домашним заданиям.
Слайд
В качестве первого задания я предлагаю Вам попробовать повторить задачу с балкой  в том ПО, которое Вас интересует и с тем типом сечения, который покажется Вам более предпочтительным. Те кто не может решить эту задачу без детального туториала, просто дождитесь публикации практического видеоурока.
Следующая часть домашки касается теоретических вопросов. И тут предлагаю подумать самостоятельно, обратиться к Вашему опыту, в крайнем случае погуглить или обратиться за помощью к классическим книгам и ответить на два вопроса:
Первый - Какие нагрузки важны для механической прочности, какие не важны, какие могут стать важными в определенных случаях и все такое прочее.
А второй с подвохом. Я долго подводил Вас к мысли, что термин воздействие является более общим, но хотел бы услышать от Вас примеры обратного. Т.е. меня интересуют случаи, когда воздействие остается неизменным, а вот нагрузка при этом меняется.

Ответы на два последних вопроса я дам в следующих видео, и в них же упомяну авторов тех комментариев, в которых дали самые полные, самые точные, самые интересные, может быть необычные, или как сейчас любят говорить креативные ответы, на вопросы домашнего задания. Ответы можно оставлять на форуме Autodesk, под видео или на блоге. Никто не запрещает делать такие ответы с использованием изображений и даже видео. В общем, все в Ваших руках. И до новых встреч.