Перейти к содержанию

Наборы усилий

Набор усилий — это именованный список расчётных состояний, который связывает исходные усилия с расчётной задачей OpenCS. Один набор обычно соответствует загружению, сочетанию нагрузок, результату одного шага расчёта или выбранной огибающей.

Набор состоит из двух уровней:

  • набор — имя, тип (bar или shell), источник и список строк;
  • строка — метка и компоненты усилий для одного элемента, сечения, точки или расчётного состояния.

Набор не является результатом расчёта сам по себе. Он хранит входные данные, которые затем использует задача НДС, проверка прочности, расчёт трещин, кривизны, предельных усилий, плитная задача или МКЭ-проверка.

Где найти наборы в дереве

В проектной вкладке наборы находятся в ветви Проект → Усилия:

Проект
└─ Усилия
   ├─ Стержни
   │  └─ Набор усилий (количество строк)
   └─ Пластины
      └─ Набор усилий (количество строк)

Строки набора не раскрываются отдельными узлами дерева. Число в скобках показывает количество строк, а сами строки открываются в рабочей таблице после выбора набора.

В дереве расчётной схемы есть отдельная ветвь МКЭ → Расчётные схемы → Расчётная схема → Усилия схемы. В ней отображаются наборы, связанные с конкретной схемой. Они также открываются в таблице и могут быть продублированы или удалены из контекстного меню.

Набор, созданный в Проект → Усилия, является общим объектом проекта и может использоваться несколькими задачами. Набор внутри Усилия схемы дополнительно хранит связь со схемой, конструктивным элементом или группой элементов.

Что хранится в наборе

Свойство Смысл
Имя в дереве (Tag) Читабельное обозначение загружения или результата, например G: Собственный вес или РСУ (C).
Вид Стержни (bar) или Пластины (shell). Эти типы нельзя смешивать в одном наборе или сочетании.
Описание Необязательный комментарий к источнику и назначению набора.
Источник Ручной ввод, импорт ЛИРА/SCAD или результат МКЭ/OpenSees.
Строки Список LoadItem для стержня или ShellLoadItem для пластины.
Метка строки Идентификатор элемента, сечения, загружения или расчётного случая. По метке строку удобно находить в результате пакетной задачи.

Внутренние признаки источника нужны для навигации и трассировки: схема, конструктивный элемент и источник импорта могут сохраняться вместе с набором. При обычном ручном вводе эти поля пустые.

flowchart LR
    Source[Ручной ввод / CSV / ЛИРА / SCAD / МКЭ] --> Set[Набор усилий]
    Set --> Table[Таблица строк]
    Table --> Save[Сохранение и проверка]
    Save --> Task[Расчётная задача]
    Save --> Comb[Сочетания СП 20]
    Comb --> Generated[Огибающая или список комбинаций]
    Task --> Result[Результат и диагностика]

Набор для стержня

В рабочей таблице стержневого набора отображаются следующие столбцы:

Столбец Единица Назначение
Метка — Обозначение строки: номер сечения, элемента или случая.
N кН Продольная сила.
Mx кН·м Изгибающий момент относительно X.
My кН·м Изгибающий момент относительно Y.
Vx кН Поперечная сила по X.
Vy кН Поперечная сила по Y.
T кН·м Крутящий момент вокруг Z.

В зависимости от задачи используются разные компоненты. Например, обычная задача плоского НДС передаёт в решатель N, Mx, My, а проверки наклонных сечений и кручения дополнительно используют поперечные и крутящий компоненты. Наличие значения в таблице не означает, что каждая задача обязана его использовать.

Правила знаков для стержня

Панель Правило знаков справа от таблицы показывает принятую в OpenCS конвенцию:

  • N > 0 — растяжение, N < 0 — сжатие;
  • Mx > 0 — нижнее волокно сжато, верхнее растянуто;
  • My > 0 — левое волокно сжато, правое растянуто;
  • Vx и Vy положительны в направлениях +X и +Y;
  • T > 0 — кручение вокруг Z по правилу правого винта.

У стержней, импортированных из ЛИРЫ и SCAD, ось x сечения направлена вдоль местной оси Y1 стержня, ось y — вдоль Z1; Mx набора — это момент My источника с обратным знаком, My — момент Mz. Подробнее — Оси усилий стержня.

Для сечения с арматурой только снизу момент, раскрывающий нижнюю растянутую зону, обычно имеет отрицательный Mx. Перед отладкой сходимости проверьте направление момента и расположение растянутой арматуры — подробная схема приведена в разделе оси, знаки и единицы.

Набор для пластины

В таблице пластинчатого набора хранятся усилия на единицу ширины:

Столбец Единица Назначение
Nx, Ny кН/м Мембранные усилия по X и Y.
Nxy кН/м Мембранное касательное усилие.
Mx, My кН·м/м Изгибающие погонные моменты.
Mxy кН·м/м Погонный крутящий момент.
Qx, Qy кН/м Поперечные погонные силы.
σx, σy, τxy кПа Исходные напряжения, если внешний отчёт содержит напряжения вместо погонных мембранных усилий.

Положительные Nx и Ny означают растяжение по соответствующей оси. Положительные Mx и My растягивают грань +Z; знак Mxy задаётся правилом правого винта для локальной системы элемента. Оси и нумерация узлов пластины показаны в самой панели знаков.

Напряжения и пересчёт в погонные усилия

Если в строке задан хотя бы один из компонентов σx, σy или τxy, они становятся источником для мембранных усилий:

\[ N_x = \sigma_x h,\qquad N_y = \sigma_y h,\qquad N_{xy} = \tau_{xy} h, \]

где h — толщина пластины в метрах. При σ в кПа результат получается в кН/м.

Верхняя панель Пересчёт напряжений в усилия содержит поле толщины и кнопку Напряжения → усилия. Строки с заданными напряжениями пересчитываются, строки без напряжений не изменяются. Пока хотя бы одно напряжение задано, ячейки Nx, Ny, Nxy становятся недоступными для прямого редактирования: изменять нужно исходные σ.

Это особенно важно для импортов ЛИРА и SCAD: отчёт может содержать σx, σy, τxy, а задача пластины использует уже погонные Nx, Ny, Nxy.

Способы создания

1. Ручной ввод

Используйте его для небольшого числа контрольных состояний, тестовых задач и специально заданных комбинаций.

  1. В дереве откройте Проект → Усилия → Стержни или Пластины.
  2. Откройте контекстное меню ветви и выберите Новый набор усилий (стержень) либо Новый набор усилий (пластина).
  3. Раскройте сворачиваемую область Комбинаторика по СП20 вверху страницы набора (по умолчанию она свёрнута) и задайте название загружения, вид загружения, коэффициент γf и, при необходимости, группу взаимоисключения.
  4. Добавьте строки кнопкой + внизу таблицы.
  5. Заполните метки и компоненты усилий. Выделенную строку можно дублировать или удалить.
  6. Нажмите кнопку сохранения. Только сохранённый набор появляется в базе проекта и доступен расчётным задачам.

Новая строка получает начальную метку по номеру строки. При дублировании числовая метка увеличивается; для текстовой метки добавляется суффикс (копия). При записи в базу OpenCS заново нумерует строки набора с единицы.

2. Импорт и экспорт CSV

CSV удобен, когда строки формируются в Excel, скрипте или другой расчётной программе.

Для стержня используется заголовок:

Label;N;Mx;My;Vx;Vy;T

Для пластины:

Label;Nx;Ny;Nxy;Mx;My;Mxy;Qx;Qy;SigmaX;SigmaY;TauXY

Особенности реализации:

  • разделитель — ;, файл читается и записывается в UTF-8;
  • числовые значения читаются в инвариантном формате, предпочтительно с десятичной точкой;
  • импорт заменяет все строки текущего набора, а не добавляет их к существующим;
  • отсутствующее числовое поле при импорте стержня или усилий пластины принимается равным нулю;
  • пустые SigmaX, SigmaY, TauXY остаются пустыми и не включают пересчёт σ·h;
  • CSV не переносит связь с расчётной схемой или исходным элементом — это самостоятельный набор.

Практический порядок: сначала экспортируйте пустой или примерный набор из OpenCS, сохраните его заголовок без изменений, заполните строки во внешней программе, затем импортируйте CSV в выбранный набор и проверьте единицы и знаки.

3. Импорт отчёта ЛИРА-САПР

Команды находятся в Импорт → ЛИРА-САПР. Файловый импорт читает HTML-отчёты ЛИРА и создаёт один или несколько наборов.

Режим Что создаётся
Загружения Несколько наборов — по отдельным загружениям.
РСН Наборы по сочетаниям нагрузок. Для API также запрашиваются состояния C, CL, N, NL.
РСУ Набор или наборы расчётных сочетаний усилий; для HTML РСУ обычно создаётся один набор на файл.

Импорт определяет тип строки по отчёту: стержневые данные попадают в Items, пластинчатые — в ShellItems. Имя загружения становится тегом набора, а строки получают метки элементов и сечений.

Перед импортом проверьте в настройках:

  • коэффициент перевода тонн-силы в кН — по умолчанию 9.80665;
  • инверсию моментов стержней Mx/My;
  • инверсию моментов пластин Mx/My/Mxy.

По умолчанию OpenCS инвертирует изгибающие моменты, чтобы привести конвенцию ЛИРА к принятой в OpenCS. N, поперечные силы и пластинчатые Nx, Ny, Nxy, Qx, Qy автоматически не инвертируются. После импорта обязательно проверьте один элемент вручную — настройки знаков описаны в разделе импорта ЛИРА.

4. Импорт отчёта SCAD

Команды находятся в Импорт → SCAD. Для XLS-отчёта доступны режимы:

  • усилия загружений;
  • усилия РСУ;
  • сочетания усилий.

В диалоге импорта можно:

  1. выбрать все элементы;
  2. указать список номеров элементов и диапазонов;
  3. подставить элементы текущей группы расчётной схемы кнопкой из выбранного конструктивного элемента.

Импорт читает листы стержней и пластин, распознаёт единицы сил и длины, создаёт отдельные наборы по загружениям или сочетаниям и формирует метки строк вида элемент_сечение, а для РСУ добавляет номер критерия. Включённая настройка инверсии приводит Mx/My стержней и Mx/My/Mxy пластин к конвенции OpenCS.

Отдельная команда RSU2 импортирует расчётные сочетания из специализированного бинарного файла SCAD. После импорта наборы появляются в общей ветви Проект → Усилия.

Для схемы, импортированной из проекта SCAD (.SPR), усилия загружений, РСН и РСУ читаются из результатов расчёта напрямую, без промежуточных таблиц, и записываются наборами схемы с номерами КЭ и сечений — см. Импорт из SCAD.

Подробные форматы и типичные ошибки приведены на страницах импорта SCAD и импорта ЛИРА.

5. Импорт усилий ЛИРА через API в МКЭ

Этот способ используется, когда расчётная схема уже загружена через COM API ЛИРА и в OpenCS есть группа КЭ или группа КонЭ.

  1. Откройте МКЭ → Расчётные схемы → схема → Группы КЭ (или Группы КонЭ).
  2. Выберите нужную группу.
  3. В контекстном меню откройте Импорт усилий ЛИРА.
  4. Выберите один из режимов: усилия от загружений, РСН или РСУ.
  5. Дождитесь завершения фоновой операции и проверьте появившиеся наборы в Усилия схемы и общей ветви Проект → Усилия.

API-импорт требует запущенной ЛИРА-САПР, открытого активного документа и корректно связанных номеров КЭ. Наборы получают связь со схемой и группой элементов, поэтому их проще отличить от ручных наборов и удалить вместе с данными схемы.

6. Наборы из шага расчёта CSfea

В окне результата расчёта схемы CSfea (у линейного расчёта шаг — загружение) кнопка Шаг → наборы усилий создаёт по полям выбранного шага два набора схемы: пластин (строка на КЭ, усилия в осях выдачи, кН/м и кН·м/м) и стержней (две строки на КЭ — концы i и j как сечения 1 и 2, кН и кН·м). Номер КЭ строки — номер КЭ сетки схемы, поэтому наборы сразу годятся для проверок по КЭ. Кнопка доступна на сошедшемся шаге с записанными полями.

По выбранным КЭ. Пункт Наборы усилий по выбранным (N КЭ) контекстного меню выбора и меню ⋯ 3D-вида результата создаёт те же наборы только по выбранным КонЭ/КЭ — пластинам, стержням или тем и другим. В имени набора — пометка «[выбор: N КЭ]», в описании — выбранные КонЭ. Подробнее.

По вариантам пакета. У пакета вариантов команда Наборы по вариантам… создаёт наборы «строка на вариант»: на каждую отмеченную группу (C, CL, N, NL, A, «Загружения») — набор пластин и набор стержней со строками КЭ охвата от каждого варианта, дошедшего до предела λ. Метка строки — «КЭ · вариант», тип расчёта — меткой в конце имени:

Нелинейный — пакет — C, 103 вар. — пластины [выбор: 42 КЭ] (C)

Группа A получает метку «(C)», группе «Загружения» тип выбирается в диалоге, по набору на тип. Если в пакете посчитаны длительные части вариантов, у групп N и C создаётся ещё набор «(NL)» («(CL)») с той же основой имени и метками вариантов — пара для φ1 и ψ «авто» находится. У групп без длительных частей и у пользовательских групп NL/CL пар нет: проверка по КЭ берёт φ1 и ψ «авто» из параметров и пишет об этом замечание в сводке. Подробнее.

7. Набор из результата OpenSees

Для нелинейного расчёта схемы OpenSees набор можно построить из результата выбранного стержня:

  1. откройте результат постановки OpenSees в МКЭ → Расчётные схемы → Расчёты схемы;
  2. выберите конструктивный стержень и сошедшийся расчётный шаг;
  3. вызовите создание набора усилий стержня;
  4. в окне предпросмотра проверьте цепочку конечных элементов, положение узлов и источник усилий на каждом узле;
  5. при необходимости выберите левую или правую сторону внутреннего узла;
  6. задайте имя и описание и сохраните набор.

OpenCS восстанавливает последовательную цепочку сеточных КЭ вдоль конструктивного стержня. В предпросмотре отображаются N, Mx, My, Vx, Vy, T в кН и кН·м. Набор не создаётся, если шаг не сошёлся, отсутствуют силы или сеточная цепочка имеет неоднозначную топологию.

Именование для СП 20

Поля области Комбинаторика по СП20 на странице набора позволяют сформировать имя, которое затем разбирает комбинатор СП 20; поле Имя в дереве показывает результат:

<префикс>(γf=коэффициент): <название> [группа]
Префикс Вид загружения Пример
G Постоянное G: Собственный вес
L Длительное переменное L: Оборудование
Q Кратковременное переменное Q(γf=1.0): Снег [снег]
A Особое или аварийное A: Сейсмика

γf в имени имеет приоритет над коэффициентом по умолчанию из Настройки → Расчёт. Поле группы используется для взаимоисключающих воздействий, например [ветер], [снег], [кран]. Если имя не начинается с G:, L:, Q: или A:, комбинатор выдаёт предупреждение и трактует набор как кратковременный Q.

Формирование сочетаний по СП 20

На ветви Стержни или Пластины откройте контекстное меню и выберите Сочетания СП20. В диалоге:

  1. отметьте исходные наборы;
  2. проверьте предпросмотр распознанных постоянных, длительных, кратковременных и особых загружений;
  3. выберите Основное, Особое или Оба сочетания и Группу основного сочетания — C (ПС1, полные), CL (ПС1, длительные), N (ПС2, полные), NL (ПС2, длительные);
  4. включите создание огибающей, списка комбинаций или обоих результатов;
  5. задайте базовое имя и нажмите Сформировать.

Метка группы — «(C)», «(CL)», «(N)», «(NL)» — попадает в имя созданного набора, и проверки по КЭ определяют по ней тип расчёта. Под выбором группы показано, какие величины нагрузок заданы в настройках расчёта: в C/CL нормативные величины наборов умножаются на γf, в N/NL расчётные делятся на γf. В CL и NL кратковременные наборы не входят: доли длительной части в имени набора нет, о чём выводится предупреждение. Наборы по загружениям линейного расчёта CSfea доли тоже не несут; длительные комбинации схемы с долей длительной части даёт «Из огибающей линейного расчёта».

Огибающая оставляет экстремальные значения компонент усилий и соответствующие им векторы. Список комбинаций сохраняет отдельную строку для каждого сечения и критерия; в метке строки указывается тип сочетания, сечение, максимум/минимум и активные коэффициенты.

Для корректной обработки исходные наборы должны иметь:

  • один и тот же вид — только стержни или только пластины;
  • одинаковое количество строк;
  • одинаковый порядок строк. Различия меток строк выводятся как предупреждение, но не исправляются автоматически.

Пластинчатые сочетания

Для ветви Пластины сочетания строятся по восьми компонентам строки: Nx, Ny, Nxy, Mx, My, Mxy, Qx, Qy. Огибающая и список комбинаций сохраняются пластинчатыми наборами с теми же колонками.

В сочетания идут погонные усилия, а не напряжения: толщины пластины у комбинатора нет, поэтому пересчитать σ·h он не может.

  • Строка с ненулевыми σx/σy/τxy и нулевыми Nx/Ny/Nxy считается непересчитанной: предпросмотр показывает ошибку с указанием набора и строки. Задайте толщину в наборе и нажмите Напряжения → усилия.
  • Если напряжения уже пересчитаны, в сочетания идут сохранённые Nx/Ny/Nxy, а предпросмотр предупреждает, что σx/σy/τxy в результат не переносятся.

Проверка: CScore.Tests/SP20CombinationsShellTests.cs.

Работа с сохранённым набором

Открытие и редактирование

Щёлкните по набору в дереве. В рабочей области откроется таблица соответствующего типа. Изменение любой ячейки помечает набор как изменённый; кнопка сохранения записывает набор и все его строки в базу.

После редактирования проверьте:

  1. количество строк;
  2. метки и соответствие строк исходным элементам или сечениям;
  3. единицы и знак моментов;
  4. наличие ненулевых значений в ожидаемых столбцах;
  5. отсутствие заданных σ в пластине, если вы хотите редактировать Nx/Ny/Nxy напрямую.

Дублирование

Контекстное меню конкретного набора содержит Дублировать набор. Создаётся независимая копия с новым именем и собственной нумерацией строк. Содержимое строк переносится полностью — включая напряжения σx/σy/τxy пластинчатых строк и номера КЭ и сечений, к которым относятся строки. Связь с исходной схемой, элементом или внешним источником не должна считаться актуальной: дубликат предназначен для самостоятельного редактирования.

Удаление

На ветви Стержни или Пластины доступны:

  • Удалить выбранные... — открывает диалог множественного выбора; для выбора нескольких строк используются Ctrl и Shift;
  • Удалить все... — удаляет все наборы соответствующего типа после подтверждения.

На отдельном наборе доступна команда удаления одного объекта. Удаление необратимо в рамках интерфейса: перед очисткой экспортируйте набор в CSV или сохраните копию проекта.

В ветви Усилия схемы дополнительно можно удалить выбранные наборы схемы или все наборы, связанные с конкретной расчётной схемой.

Использование в расчётных задачах

Набор выбирается в параметрах задачи вместе с поперечным сечением или плитной моделью. Однострочная задача использует выбранную строку; пакетная задача последовательно обрабатывает все строки набора и переносит их метки в таблицу результата.

Примеры:

  • НДС сечения — проверить одну строку N, Mx, My;
  • НДС пластин — обработать Nx, Ny, Nxy, Mx, My, Mxy и поперечные усилия;
  • предельные усилия — найти коэффициент увеличения для каждой строки пакетного набора;
  • трещины и кривизна — использовать выбранное сочетание и соответствующий расчётный тип C, CL, N или NL;
  • МКЭ-проверка — связать набор с группой элементов и получить проверку по данным схемы.

Изменение сохранённого набора не пересчитывает автоматически уже полученные результаты. После изменения входных усилий запустите задачу заново и сравните новый статус с предыдущим результатом.

Контроль перед расчётом

Перед запуском задачи используйте короткий контрольный список:

  1. Тип: набор стержневой или пластинчатый и соответствует выбранной задаче.
  2. Состав: количество строк соответствует числу элементов/сечений и другим наборам сочетания.
  3. Единицы: стержень — кН и кН·м; пластина — кН/м и кН·м/м; напряжения — кПа.
  4. Оси: локальные оси внешней программы сопоставлены с осями OpenCS.
  5. Знаки: момент растягивает именно ту грань, где предусмотрена арматура.
  6. Пластина: если заданы σ, толщина h указана в метрах, а Nx/Ny/Nxy получены через σ·h.
  7. Сочетания: все выбранные наборы одного типа, имеют одинаковое число строк и корректные префиксы G/L/Q/A.
  8. Источник: для импорта проверены журнал, количество созданных наборов и несколько исходных строк.

Если расчёт не сходится, сначала проверьте входную строку и знак усилий на одинарной задаче. Только после этого переходите к настройкам итерационного решателя.