Здравствуйте, уважаемые друзья и гости моего
онлайн дневника!
Прилагаемая на сайте ФСС инструкция к программе «Подготовка расчетов для ФСС», содержит подробную информацию по «АРМ Руководство пользователя» на 94 страницах, по «Инструкция по установке ПО» содержит 34 страницы, по «Руководство пользователя Подписание и шифрование» — 26 страниц текста.
Поэтому я хочу вкратце рассказать весь процесс установки программы в сжатом виде как «Краткая пошаговая инструкция», для возможности быстрой установки пользователем. Так как пользователи не всегда могут себе позволить подробно изучить инструкции из-за дефицита времени.
Функции программы
Отчетность:
- заполнение расчетов «Форма 4-ФСС» и «Форма 4а-ФСС»;
- печать расчетов;
- выгрузка расчетов в файлы XML;
- шифрование файлов XML и их передача через шлюз;
- просмотр квитанций по переданным расчетам.
Пособия:
- формирование электронных реестров для выплат пособий (для регионов, в которых произошла отмена зачетного механизма).
Программа включает в себя модуль «Подписание и шифрование электронных документов» версии 1.0.2.31.
Установка программы
Пошаговые действия по установке локальной версии программы, для одного компьютера, так как данная ситуация возникает в небольших компаниях, где нет штатных программистов:
- Скачать программу «Подготовка расчетов для ФСС», по указанному адресу адресу.
- Разархивировать её в отдельную папку. Например, на диске С создать папку (см. рисунок 1).
Рис.1
«Программы ФСС» (см. рисунок 2)
Рис.2
Вырезать скачанный файл установки программы из папки загрузки (см. рисунок 3).
Рис.3
Перенести курсор мыши в свободное поле вновь созданной папки «Программы ФСС» и нажать вставить (см. рисунок 4).
Рис.4
Разархивировать (см. рисунок 5).
Рис.5
Можно начать установку из папки загрузки, но как правило эта папка не очищается пользователями и содержит много файлов среди которых иногда трудно найти нужный (см. рисунок 6).
Рис.6
На распакованном файле щелкнуть два раза и запустить процесс
установки.
При запуске программы установки на экране появится
форма выбора языка. По умолчанию выбран русский язык (см. рисунок 7).
Рис.7
Нажимаем установить.
Открывается следующее диалоговое окно (см. рисунок 8), в котором необходимо указать папку установки программы. Для операционных систем Windows Vista, Windows 7 и выше категорически не рекомендуется устанавливать систему в папки Program Files/ Program Files (x86) (см. рисунок 8).
Рис.8
Поэтому далее указываем другую папку для установки программы, например С:/FSSRF. Диск установки можно выбрать другой, где больше свободного места. При нажатии кнопки «Далее» открывается окно «Все готово к установке» (см. рисунок 9).
Рис.9
Нажимаем установить. Ставим галочку в чекбоксе «создать ярлык на рабочем столе» (см. рисунок 10).
Рис.10
Нажимаем далее (см. рисунок 11).
Рис.11
Далее происходит установка программы (см. рисунок 12).
Рис.12
После завершения установки укажите необходимые действия в окне «Завершение установки» (см. рисунок 13), в котором необходимо нажать кнопку «Завершить».
Рис.13
Для запуска программы следует поставить галочку в поле «Запустить АРМ «Подготовка расчетов для ФСС» (см. рисунок 14).
Рис.14
В случае запуска в однопользовательском режиме появится главная форма системы (см. рисунок 15). На этом процесс установки закончен и программа готова к работе.
Рис.15
Установка справочника адресов.
Скачиваем актуальный архив кладр по ссылке, который предлагается на сайте ФСС. Скачивание архива и разархивацию производим аналогично, как в примере с установочным файлом.
Порядок установки немного отличается от установки программы. Данный архив надо разархивировать и записать вместо существующего файла ADDRESS.FDB в папке С:FSSRFARM_FSSDataBaseSBADDRESS. В папке где находится разархивированный файл кладр нажимаем копировать (см. рисунок 16).
Рис.16
Открываем папку по адресу С:FSSRFARM_FSSDataBaseSBADDRESS. Переносим курсор мыши в открытую папку и нажимаем ПКМ (правую кнопку мыши) выбираем строку копировать с заменой (см. рисунок 17).
Рис.17
У вас может быть программа установлена по другому адресу.
Таким образом новый справочник адресов будет установлен в программу «Подготовка
расчетов для ФСС».
Запуск
программы производится с ярлыка на рабочем столе (см. рисунок 18).
Рис.18
Если не использовать модуль «Подписания и шифрования», то
сформированный файл отчета можно отправить через используемую программу сдачи
отчетности в организации, таких как «Контур», «Такснет» и т.д.
Заключение
Надеюсь что моя статья поможет начинающим сотрудникам бухгалтерий в установке программы при дефиците времени.
Желаю вам профессионального роста и успехов в работе.
Прошу вас высказаться в комментариях по описанной теме, поделиться впечатлениями, своим опытом.
Посмотрите внизу страницы рекламный баннер и отзывы победителей розыгрыша ценного приза за репост.
Если вы случайно забрели на мой дневник и у вас появилось желание и дальше иногда почитывать мои заметки и не потерять в интернете мой онлайн-дневник в будущем, подпишитесь на новые заметки.
Всех читателей благодарю за внимание и желаю крепкого здоровья. Берегите себя! И до новых встреч!
- Назначение
- Рисование схемы
- Задание параметров
- Методы расчёта
- Расчёт по закону Ома
- Расчёт по законам Кирхгофа
- Расчёт по методу узловых потенциалов
- Расчёт по методу контурных токов
- Расчёт по методу эквивалентного генератора
- Расчёт эквивалентного сопротивления цепи
- Баланс мощностей
- Определение показаний амперметров и вольтметров
- Построение векторных диаграмм
- Пользователям
Назначение
Программа предназначена для расчёта установившихся режимов электрических цепей по законам ТОЭ. Программа позволяет нарисовать схему, задать параметры её элементов и рассчитать схему. В результате формируется текстовое описание порядка расчёта.
Рисование схемы
Рисование схемы производится путём перетаскивания элементов методом drag-and-drop из боковой панели и последующим соединением выбранных элементов.
В боковой панели доступны следующие элементы с задаваемыми параметрами:
При наведении указателя мыши на элемент отображаются точки соединения элемента с другими элементами (рис. 1) и кнопка для поворачивания элемента (рис. 2).
Рис. 1. Точки соединения элемента
Рис. 2. Кнопка для поворачивания элемента
Для соединения одного элемента с другим необходимо навести указатель мыши на точку соединения элемента, нажать левую клавишу мыши и соединить его с другим элементом (рис. 3), нажав левой клавишей мыши на точке соединения другого элемента.
Рис. 3. Соединение элементов
Узлы формируются автоматически при соединении элемента с другой соединительной линией.
Рис. 4. Формирование узла
При нажатии на элемент в правой части экрана формируется окно с параметрами элемента, которые доступны для редактирования (рис. 5).
Рис. 5. Задание параметров элемента
Ограничения при рисовании схемы
Для корректного анализа схемы соединительная линия обязательно должна быть соединена с обеих сторон к элементам/соединительным линиям, иначе программа не будет производить расчёт схемы, о чём она просигнализирует соответствующим уведомлением.
Удаление элементов производится нажатием кнопки «Удалить», расположенной в левой части экрана ниже боковой панели с элементами.
Сохранение схемы в виде файла и загрузка схемы из файла
На боковой панели доступна кнопка 
для загрузки схемы из файла и кнопка 
для сохранения исходной схемы в файл.
Задание параметров
ВНИМАНИЕ! Если параметры элементов задаются в виде вещественного числа, то дробную часть от целой необходимо отделять точкой.
При расчёте можно выбрать единицы измерения, в которых задаются параметры конденсаторов и катушек индуктивности. Доступны 2 варианта:
- Ом
- Ф/Гн
В том случае, если выбран вариант Ф/Гн, необходимо задать частоту. В качестве значения по умолчанию выбрано значение 50 Гц. Частота обязательно должна быть больше нуля.
Если для конденсаторов и катушек индуктивности часть параметров задаётся в Омах, а другая часть — в ёмкостях/индуктивностях, то в этом случае величины необходимо привести к одним. К примеру, сопротивления рассчитываются по известным формулам:
$$ underline{Z}_{R} = R, $$
$$ underline{Z}_{L} = jX_{L}, $$
$$ underline{Z}_{L} = -jX_{C}, $$
где $ X_{L} = omega L $, $ X_{C} = frac{1}{omega C} $, $ R $ – сопротивление резистора, $ L $ – индуктивность катушки, $ C $ – ёмкость конденсатора, $ omega = 2 pi f $ – циклическая частота, $ f $ – частота сети, $ j $ – мнимая единица.
Задание параметров источников ЭДС и тока задаются в виде их модуля и фазы. Например, если в исходных данных
$$ underline{E} = 3 + 4j, $$
то для того, чтобы задать это значение в программу, его необходимо привести в полярную форму. Получим:
$$ underline{E} = 5 angle 53.13 degree $$
Таким образом, в поле «Амплитудное значение» необходимо задать значение 5, а в поле «Начальная фаза» необходимо задать значение 53.13.
Методы расчёта
После завершения рисования схемы при нажатии кнопки «Расчёт» запускается расчёт электрической цепи. Программа анализирует исходную схему и при выявлении каких-либо ошибок сообщает об этом. При успешном анализе схемы запускается расчёт по методам ТОЭ.
Метод расчёта осуществляет путём его выбора в спадающем списке, расположенном ниже кнопки «Расчёт». Приняты следующие обозначения методов:
- ЗК − расчёт по законам Кирхгофа
- МУП − расчёт по методу узловых потенциалов
- МКТ − расчёт по методу контурных токов
- МЭГ − расчёт по методу эквивалентного генератора
- Z − расчёт эквивалентного сопротивления цепи относительно источника питания
Следует обратить внимание на то, что если рассчитываемая схема одноконтурная, то, независимо от выбранного метода расчёта, расчёт будет производиться по закону Ома. Эквивалентное сопротивление цепи может быть рассчитано только для схемы с одним источником питания.
Расчёт по закону Ома
Расчёт по закону Ома осуществляется для одноконтурных схем. Используемая методика расчёта приведена здесь.
Пример схемы и расчёт:
Исходные данные и схема:
- E1:
- Номер элемента: 1
- Амплитудное значение: 100 В
- Начальная фаза, °: 0
- R1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
После нажатия кнопки «Расчёт» формируется решение:
В исходной схеме только один контур. Рассчитаем её по закону Ома.
Согласно закону Ома, ток в замкнутой цепи равен отношению ЭДС цепи к сопротивлению. Составим уравнение, приняв за положительное направление тока $ underline{I} $ направление источника ЭДС $ underline{E}_{1} $:
$$ R_{1}cdot underline{I} = underline{E}_{1} $$
Подставим в полученную систему уравнений значения сопротивлений и источников и получим:
$$ 1.0cdot underline{I}=100 $$
Отсюда искомый ток в цепи равен
$$ underline{I} = 100space textrm{А}$$
Расчёт по законам Кирхгофа
Используемая методика при расчёте по законам Кирхгофа приведена здесь.
Пример схемы и расчёт:
Исходные данные и схема:
- E1:
- Номер элемента: 1
- Амплитудное значение: 100 В
- Начальная фаза, °: 0
- R1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
- L1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
- C1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
После нажатия кнопки «Расчёт» на исходной схеме отображаются принятые обозначения узлов и принятые направления токов и формируется решение:
Рассчитаем схему по законам Кирхгофа.
В данной схеме: узлов − 2 , ветвей − 3, независимых контуров − 2.
Произвольно зададим направления токов в ветвях и направления обхода контуров.
Принятые направления токов:
Ток $ underline{I}_{1} $ направлен от узла ‘2 у.’ к узлу ‘1 у.’ через элементы $ underline{E}_{1} $, $ R_{1} $.
Ток $ underline{I}_{2} $ направлен от узла ‘1 у.’ к узлу ‘2 у.’ через элементы $ L_{1} $.
Ток $ underline{I}_{3} $ направлен от узла ‘1 у.’ к узлу ‘2 у.’ через элементы $ C_{1} $.
Принятые направления обхода контуров:
Контур №1 обходится через элементы $ underline{E}_{1} $, $ R_{1} $, $ L_{1} $ в указанном порядке.
Контур №2 обходится через элементы $ L_{1} $, $ C_{1} $ в указанном порядке.
Составим уравнения по первому закону Кирхгофа. При составлении уравнений «втекающие» в узел токи будем брать со знаком «+», а «вытекающие» − со знаком «−».
Количество уравнений, составляемых по первому закону Кирхгофа, равно $ N_textrm{у} − 1 $, где $ N_textrm{у} $ − число узлов. Для данной схемы количество уравнений по первому закону Кирхгофа равно 2 − 1 = 1.
Составим уравнение для узла №1:
$$ underline{I}_{1}- underline{I}_{2}- underline{I}_{3} = 0 $$
Составим уравнения по второму закону Кирхгофа. При составлении уравнений положительные значения для токов и ЭДС выбираются в том случае, если они совпадают с направлением обхода контура.
Количество уравнений, составляемых по второму закону Кирхгофа, равно $ N_textrm{в}- N_textrm{у} + 1 $, где $ N_textrm{в} $ − число ветвей. Для данной схемы количество уравнений по второму закону Кирхгофа равно 3 − 2 + 1 = 2.
Составим уравнение для контура №1:
$$ R_{1}cdot underline{I}_{1} + jX_{L1}cdot underline{I}_{2}=underline{E}_{1} $$
Составим уравнение для контура №2:
$$ jX_{L1}cdot underline{I}_{2}- (-jX_{C1})cdot underline{I}_{3}=0 $$
Объединим полученные уравнения в одну систему, при этом перенесём известные величины в правую сторону, оставив в левой стороне только составляющие с искомыми токами. Система уравнений по законам Кирхгофа для исходной цепи выглядит следующим образом:
$$ begin{cases}underline{I}_{1}- underline{I}_{2}- underline{I}_{3} = 0 \ R_{1}cdot underline{I}_{1}+jX_{L1}cdot underline{I}_{2} = underline{E}_{1} \ jX_{L1}cdot underline{I}_{2}-(-jX_{C1})cdot underline{I}_{3} = 0 \ end{cases} $$
Подставим в полученную систему уравнений значения сопротивлений и источников и получим:
$$ begin{cases}underline{I}_{1}- underline{I}_{2}- underline{I}_{3}=0 \ underline{I}_{1}+ j cdot underline{I}_{2}=100 \ j cdot underline{I}_{2}+ j cdot underline{I}_{3}=0 \ end{cases} $$
Решим систему уравнений и получим искомые токи:
$$ underline{I}_{1} = 0 $$
$$ underline{I}_{2} =-100j $$
$$ underline{I}_{3} = 100j $$
Расчёт по методу узловых потенциалов
Используемая методика при расчёте по методу узловых потенциалов приведена здесь.
ВНИМАНИЕ! На данный момент имеются ограничения на расчёт схем по методу узловых потенциалов. Расчёт не производится для больших схем, где имеется большое количество особых ветвей, не связанных между собой. Если расчёт не получается осуществить по методу узловых потенциалов, рекомендуем воспользоваться расчётом по законам Кирхгофа.
Пример схемы и расчёт:
Исходные данные и схема:
- E1:
- Номер элемента: 1
- Амплитудное значение: 100 В
- Начальная фаза, °: 0
- R1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
- L1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
- C1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
После нажатия кнопки «Расчёт» на исходной схеме отображаются принятые обозначения узлов и принятые направления токов и формируется решение:
Рассчитаем схему по методу узловых потенциалов.
В данной схеме: узлов − 2, ветвей − 3, из них особых ветвей − 0. Под особыми ветвями понимаются ветви, в которых имеется только источник ЭДС.
Количество уравнений, составляемых по методу узловых потенциалов, равно $ N_textrm{у}- 1- N_textrm{e} $, где $ N_textrm{у} $ − число узлов, $ N_textrm{e} $ − число особых ветвей. Для данной схемы количество уравнений, составляемых по методу узловых потенциалов, равно 2 − 1 − 0 = 1.
В исходной схеме нет особых ветвей. Примем потенциал узла №1 равным нулю, т.е. $$ underline{varphi}_{1} = 0 spacetextrm{В} $$
Составим уравнения для определения потенциалов остальных узлов.
Уравнение для узла №2:
$$ underline{varphi}_{2} cdot (frac{1}{R_{1}}+frac{1}{jX_{L1}}+frac{1}{-jX_{C1}})-underline{varphi}_{1} cdot frac{1}{R_{1}}-underline{varphi}_{1} cdot frac{1}{jX_{L1}}-underline{varphi}_{1} cdot frac{1}{-jX_{C1}}=- underline{E}_{1}cdot frac{1}{R_{1}} $$
Перенесём все известные слагаемые в правую часть и объединим полученные уравнения в систему. Получим:
$$ begin{cases} underline{varphi}_{2} cdot (frac{1}{R_{1}}+frac{1}{jX_{L1}}+frac{1}{-jX_{C1}}) = underline{varphi}_{1} cdot frac{1}{R_{1}}+underline{varphi}_{1} cdot frac{1}{jX_{L1}}+underline{varphi}_{1} cdot frac{1}{-jX_{C1}}- underline{E}_{1}cdot frac{1}{R_{1}} \ end{cases} $$
Подставим в полученную систему уравнений численные значения и получим:
$$ begin{cases}underline{varphi}_{2}=-100 \ end{cases} $$
Решим систему уравнений и получим искомые потенциалы узлов:
$$ underline{varphi}_{2} = -100spacetextrm{В} $$
Произвольно зададим направления токов в ветвях.
Принятые направления токов:
Ток $ underline{I}_{1} $ направлен от узла ‘2 у.’ к узлу ‘1 у.’ через элементы $ underline{E}_{1} $, $ R_{1} $.
Ток $ underline{I}_{2} $ направлен от узла ‘1 у.’ к узлу ‘2 у.’ через элементы $ L_{1} $.
Ток $ underline{I}_{3} $ направлен от узла ‘1 у.’ к узлу ‘2 у.’ через элементы $ C_{1} $.
Определим токи во всех ветвях, кроме особых, по закону Ома для участка цепи:
$$ underline{I}_{1} = frac{underline{varphi}_{2}- underline{varphi}_{1}+ underline{E}_{1}}{R_{1}}= frac{(-100)-0+100}{1} =0spacetextrm{А} $$
$$ underline{I}_{2} = frac{underline{varphi}_{1}- underline{varphi}_{2}}{jX_{L1}}= frac{0-(-100)}{1j} =-100jspacetextrm{А} $$
$$ underline{I}_{3} = frac{underline{varphi}_{1}- underline{varphi}_{2}}{-jX_{C1}}= frac{0-(-100)}{-1j} =100jspacetextrm{А} $$
Расчёт по методу контурных токов
Используемая методика при расчёте по методу контурных токов приведена здесь.
Пример схемы и расчёт:
Исходные данные и схема:
- E1:
- Номер элемента: 1
- Амплитудное значение: 100 В
- Начальная фаза, °: 0
- R1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
- L1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
- C1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
После нажатия кнопки «Расчёт» на исходной схеме отображаются принятые обозначения узлов и принятые направления токов и формируется решение:
Рассчитаем схему по методу контурных токов.
В данной схеме: узлов − 2, ветвей − 3, независимых контуров − 2.
Количество уравнений, составляемых по методу контурных токов, равно $ N_textrm{в}- N_textrm{у} + 1 $, где $ N_textrm{в} $ − число ветвей, $ N_textrm{у} $ − число узлов.
Для данной схемы количество уравнений, составляемых по методу контурных токов, равно 3 − 2 + 1 = 2.
Произвольно зададим направления обхода контуров и соответствующие контурные токи.
Принятые направления обхода контуров:
Контур №1 обходится через элементы $ underline{E}_{1} $, $ R_{1} $, $ L_{1} $ в указанном порядке. Через эти элементы протекает контурный ток $ underline{I}_{11} $.
Контур №2 обходится через элементы $ L_{1} $, $ C_{1} $ в указанном порядке. Через эти элементы протекает контурный ток $ underline{I}_{22} $.
Составим уравнения по методу контурных токов.
Составим уравнение для контура №1:
$$ underline{I}_{11} cdot (R_{1}+jX_{L1})+underline{I}_{22} cdot jX_{L1}=underline{E}_{1} $$
Составим уравнение для контура №2:
$$ underline{I}_{22} cdot (jX_{L1}- jX_{C1})+underline{I}_{11} cdot jX_{L1}=0 $$
Объединим полученные уравнения в одну систему, при этом перенесём известные величины в правую сторону, оставив в левой стороне только составляющие с искомыми контурными токами. Система уравнений по методу контурных токов для исходной цепи выглядит следующим образом:
$$ begin{cases}underline{I}_{11} cdot (R_{1}+jX_{L1})+underline{I}_{22} cdot jX_{L1} = underline{E}_{1} \ underline{I}_{22} cdot (jX_{L1}- jX_{C1})+underline{I}_{11} cdot jX_{L1} = 0 \ end{cases} $$
Подставим в полученную систему уравнений значения сопротивлений и источников и получим:
$$ begin{cases}(1+1j)cdot underline{I}_{11}+ j cdot underline{I}_{22}=100 \ j cdot underline{I}_{11}=0 \ end{cases} $$
Решим систему уравнений и получим искомые контурные токи:
$$ underline{I}_{11} = 0spacetextrm{А} $$
$$ underline{I}_{22} = -100jspacetextrm{А} $$
Произвольно зададим направления токов в ветвях.
Принятые направления токов:
Ток $ underline{I}_{1} $ направлен от узла ‘2 у.’ к узлу ‘1 у.’ через элементы $ underline{E}_{1} $, $ R_{1} $.
Ток $ underline{I}_{2} $ направлен от узла ‘1 у.’ к узлу ‘2 у.’ через элементы $ L_{1} $.
Ток $ underline{I}_{3} $ направлен от узла ‘1 у.’ к узлу ‘2 у.’ через элементы $ C_{1} $.
Рассчитаем токи в ветвях исходя из полученных контурных токов.
$$ underline{I}_{1} =underline{I}_{11}=0=0 $$ $$ underline{I}_{2} =underline{I}_{11}+underline{I}_{22}=0+(-100j)=-100j $$ $$ underline{I}_{3} =-underline{I}_{22}=-(-100j)=100j $$
Расчёт по методу эквивалентного генератора
Суть метода эквивалентного генератора приведена здесь.
Для расчёта тока в ветви по методу эквивалентного генератора необходимо выбрать метод расчёта «МЭГ». После этого необходимо определить все ветви рассчитываемой цепи с помощью кнопки «Ветви» и выбрать ветвь, в которой необходимо рассчитать ток, в полученном спадающем списке.
Для расчёта тока в ветви по методу эквивалентного генератора программа рассчитывает напряжение холостого хода $ underline{U}_textrm{хх} $ на выводах разомкнутой ветви с искомым током и внутреннее сопротивление цепи $ underline{Z}_textrm{вн} $ относительно ветви с искомым током.
Пример схемы и расчёт:
Исходные данные и схема:
- E1:
- Номер элемента: 1
- Амплитудное значение: 100 В
- Начальная фаза, °: 0
- R1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
- L1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
- C1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
После выбора ветви «L1» и нажатия кнопки «Расчёт» на исходной схеме появляется обозначение и направление искомого тока и формируется решение.
Рассчитаем ток $ underline{I} $ в ветви с элементами $ L_{1} $ по методу эквивалентного генератора. Для этого рассчитаем напряжение холостого хода на выводах разомкнутой ветви с искомым током и эквивалентное сопротивление пассивной цепи относительно ветви с искомым током.
Рассчитаем напряжение холостого хода. На рисунке ниже приведена рассчитываемая схема. Напряжение холостого хода $ underline{U}_textrm{хх} $ сонаправлено с искомым током. Принятое направление искомого тока приведено на схеме выше.
В исходной схеме только один контур. Рассчитаем её по закону Ома.
Согласно закону Ома, ток в замкнутой цепи равен отношению ЭДС цепи к сопротивлению. Составим уравнение, приняв за положительное направление тока $ underline{I} $ направление источника ЭДС $ underline{E}_{1} $:
$$ (R_{1}-jX_{C1})cdot underline{I} = underline{E}_{1} $$
Подставим в полученную систему уравнений значения сопротивлений и источников и получим:
$$ (1-1j)cdot underline{I}=100 $$
Отсюда искомый ток в цепи равен
$$ underline{I} = 50+50jspace textrm{А} $$
Определим искомое напряжение холостого хода. Рассмотрим контур, проходящий в указанном порядке через элементы $ underline{U}_textrm{хх} $, $ R_{1} $, $ underline{E}_{1} $, и составим для него уравнение по второму закону Кирхгофа. Получим:
$$ underline{U}_textrm{хх}-underline{I}_{1} cdot R_{1}=-underline{E}_{1} $$
Определим напряжение холостого хода. Получим:
$$ underline{U}_textrm{хх} = underline{I}_{1} cdot R_{1}-underline{E}_{1}=(50+50j) cdot 1-100=-50+50jspacetextrm{В} $$
Рассчитаем внутреннее сопротивление цепи $ underline{Z}_textrm{вн} $ относительно ветви с искомым током. Для этого из исходной схемы уберём ветвь с искомым током, при этом оставим концы этой ветви. Все источники ЭДС закоротим, а источники тока разомкнем.
Рассчитаем эквивалентное сопротивление цепи относительно ветви с искомым током.
Ветвь с элементами $ R_{1} $ параллельна ветви с элементами $ C_{1} $. Эквивалентное сопротивление этих ветвей равно:
$$ underline{Z}_{1} = frac{R_{1}⋅(- jX_{C1})}{R_{1}- jX_{C1}}=frac{1⋅(-1j)}{1-1j}=0.5000-0.5000j $$
Внутреннее сопротивление цепи равно:
$$ underline{Z}_textrm{вн} = underline{Z}_{1}+0=0.5000-0.5000j+0=0.5000-0.5000jspacetextrm{Ом} $$
Определим искомый ток:
$$ underline{I} = frac{underline{U}_textrm{хх}}{underline{Z}_textrm{вн}+jX_{L1}} = frac{-50+50j}{0.5000-0.5000j+1j} =100jspacetextrm{А} $$
Расчёт эквивалентного сопротивления цепи
Используемые формулы расчёта эквивалентного сопротивления цепи приведены здесь.
Расчёт эквивалентного сопротивления осуществляется только для схем с одним источником питания и относительно зажимов этого источника.
Пример схемы и расчёт:
Исходные данные и схема:
- E1:
- Номер элемента: 1
- Амплитудное значение: 100 В
- Начальная фаза, °: 0
- R1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
- L1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
- C1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 2
После нажатия кнопки «Расчёт» на исходной схеме отображаются принятые обозначения узлов и принятые направления токов и формируется решение:
Рассчитаем эквивалентное сопротивление цепи относительно источника $ underline{E}_{1} $.
Ветвь с элементами $ L_{1} $ параллельна ветви с элементами $ C_{1} $. Эквивалентное сопротивление этих ветвей равно:
$$ underline{Z}_{1} = frac{jX_{L1}⋅(- jX_{C1})}{jX_{L1}- jX_{C1}}=frac{1j⋅(-2j)}{1j-2j}=2j $$
Эквивалентное сопротивление цепи равно:
$$ underline{Z}_textrm{экв} = underline{Z}_{1}+R_{1}=2j+1=1+2j $$
Баланс мощностей
После завершения расчёта программа осуществляет проверку баланса мощностей. Мощности рассчитываются согласно формулам, приведённым здесь.
Пример расчёта баланса мощностей
Рассмотрим расчёт баланса мощностей для схемы, использованной при расчёте по законам Кирхгофа, методу узловых потенциалов и методу контурных токов.
Проверим баланс мощностей.
Определим мощность, потребляемую приёмниками:
$$ underline{S}_textrm{пр} = R_{1}⋅|underline{I}_{1}|^{2}+jX_{L1}⋅|underline{I}_{2}|^{2}- jX_{C1}⋅|underline{I}_{3}|^{2}.$$
Подставим числовые значения и получим:
$$ underline{S}_textrm{пр} = 1⋅0^2+1j⋅((-100)^{2})-1j⋅(100^{2})=0.$$
Определим мощность, отдаваемую источниками:
$$ underline{S}_textrm{ист} = underline{S}_{underline{E}} + underline{S}_{underline{J}}$$
где $ underline{S}_{underline{E}} $ − мощность, отдаваемая источниками ЭДС, $ underline{S}_{J} $ − мощность, отдаваемая источниками тока.
Определим мощность $ underline{S}_{underline{E}} $, отдаваемую источниками ЭДС:
$$ underline{S}_{underline{E}} =underline{E}_{1} ⋅ underline{I}’_{1}, $$
где $ underline{I}’ $ означает сопряжённый комплексный ток.
Подставим числовые значения и получим:
$$ underline{S}_textrm{underline{E}} = 100⋅0=0. $$
Т.к. в схеме нет источников тока, то $ underline{S}_{underline{J}} = 0. $
Мощность, отдаваемая источниками, равна:
$$ underline{S}_textrm{ист} = underline{S}_{underline{E}} + underline{S}_{underline{J}} =0+0=0. $$
Итак, $ underline{S}_textrm{пр} = 0 $, $ underline{S}_textrm{ист} = 0 $. Баланс мощностей сходится.
Определение показаний амперметров и вольтметров
Определение показаний измерительных приборов программа позволяет производить в ручном режиме. Для этого необходимо рассчитать схему и определить токи в ветвях.
Показание амперметра определяется как амплитудное значение тока. Рассмотрим расчёт показаний амперметра для схемы, использованной при расчёте по законам Кирхгофа, методу узловых потенциалов и методу контурных токов. В результате расчёта были получены следующие токи:
$$ underline{I}_{1} = 0 $$
$$ underline{I}_{2} =-100j $$
$$ underline{I}_{3} = 100j $$
При установке амперметров в эти ветви ток, измеряемый амперметрами, будет определяться следующим образом:
$$ {I}_{A1} = 0 $$
$$ {I}_{A2} = sqrt{(textrm{Re}(underline{I}_{2}))^2 + (textrm{Im}(underline{I}_{2}))^2} = sqrt{(0)^2 + (-100)^2} = 100spacetextrm{А} $$
$$ {I}_{A3} = sqrt{(textrm{Re}(underline{I}_{3}))^2 + (textrm{Im}(underline{I}_{3}))^2} = sqrt{(0)^2 + (100)^2} = 100spacetextrm{А} $$
Для определения показаний вольтметра необходимо определить напряжение на тех элементах, для которых определяется показание прибора. Для этого необходимо составить уравнение по второму закону Кирхгофа или по закону Ома. Рассчитаем напряжения на элементах $ R_{1} $, $ L_{1} $, $ C_{1} $:
$$ underline{U}_{R1} = underline{I}_{1} cdot R_{1} = 0 cdot 1 = 0 $$
$$ underline{U}_{L1} = underline{I}_{2} cdot jX_{L1} =-100j cdot 1j = 100 $$
$$ underline{U}_{C1} = underline{I}_{3} cdot jX_{C1} = 100j cdot (-1j) = 100 $$
Показания вольтметров определяются следующим образом:
$$ {V}_{R1} = sqrt{(textrm{Re}(underline{U}_{R1})^2 + (textrm{Im}(underline{U}_{R1})^2} = sqrt{0^2 + 0^2} = 0spacetextrm{В} $$
$$ {V}_{L1} = sqrt{(textrm{Re}(underline{U}_{L1})^2 + (textrm{Im}(underline{U}_{L1})^2} = sqrt{100^2 + 0^2} = 100spacetextrm{В} $$
$$ {V}_{C1} = sqrt{(textrm{Re}(underline{U}_{C1})^2 + (textrm{Im}(underline{U}_{C1})^2} = sqrt{100^2 + 0^2} = 100spacetextrm{В} $$
Построение векторных диаграмм
Для цепей, содержащих реактивные элементы (катушки индуктивностей и конденсаторы), после завершения расчёта программа автоматически формирует векторные диаграммы токов и напряжений. Векторные диаграммы строятся согласно методике, приведённой здесь. Векторные диаграммы токов доступны только для многоконтурных схем.
Все векторные диаграммы токов и все векторные диаграммы напряжений строятся на своих графиках. Внизу каждого графика доступны чекбоксы для отображения или скрытия векторных диаграмм для определённых узлов или контуров.
Пример векторных диаграмм токов и напряжений
Исходные данные и схема:
- E1:
- Номер элемента: 1
- Амплитудное значение: 100 В
- Начальная фаза: 45
- R1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
- L1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
- C1:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
- R2:
- Номер элемента: 1
- Сопротивление, Ом: 1
После нажатия кнопки «Расчёт» формируется решение задачи:
Рассчитаем схему по законам Кирхгофа.
В данной схеме: узлов − 2, ветвей − 3, независимых контуров − 2.
Произвольно зададим направления токов в ветвях и направления обхода контуров.
Принятые направления токов:
Ток $ underline{I}_{1} $ направлен от узла ‘2 у.’ к узлу ‘1 у.’ через элементы $ underline{E}_{1} $, $ R_{1} $.
Ток $ underline{I}_{2} $ направлен от узла ‘2 у.’ к узлу ‘1 у.’ через элементы $ R_{2} $, $ C_{1} $.
Ток $ underline{I}_{3} $ направлен от узла ‘1 у.’ к узлу ‘2 у.’ через элементы $ L_{1} $.
Принятые направления обхода контуров:
Контур №1 обходится через элементы $ underline{E}_{1} $, $ R_{1} $, $ C_{1} $ в указанном порядке.
Контур №2 обходится через элементы $ R_{2} $, $ C_{1} $, $ L_{1} $ в указанном порядке.
Составим уравнения по первому закону Кирхгофа. При составлении уравнений «втекающие» в узел токи будем брать со знаком «+», а «вытекающие» − со знаком «−».
Количество уравнений, составляемых по первому закону Кирхгофа, равно $ N_textrm{у}- 1 $, где $ N_textrm{у} $ − число узлов. Для данной схемы количество уравнений по первому закону Кирхгофа равно 2 − 1 = 1.
Составим уравнение для узла №1:
$$ underline{I}_{1} + underline{I}_{2}- underline{I}_{3} = 0 $$
Составим уравнения по второму закону Кирхгофа. При составлении уравнений положительные значения для токов и ЭДС выбираются в том случае, если они совпадают с направлением обхода контура.
Количество уравнений, составляемых по второму закону Кирхгофа, равно $ N_textrm{в}- N_textrm{у} + 1 $, где $ N_textrm{в} $ − число ветвей. Для данной схемы количество уравнений по второму закону Кирхгофа равно 3 − 2 + 1 = 2.
Составим уравнение для контура №1:
$$ R_{1}cdot underline{I}_{1}-(R_{2}-jX_{C1})cdot underline{I}_{2}=underline{E}_{1}$$
Составим уравнение для контура №2:
$$ (R_{2}-jX_{C1})cdot underline{I}_{2}+jX_{L1}cdot underline{I}_{3}=0 $$
Объединим полученные уравнения в одну систему, при этом перенесём известные величины в правую сторону, оставив в левой стороне только составляющие с искомыми токами. Система уравнений по законам Кирхгофа для исходной цепи выглядит следующим образом:
$$ begin{cases}underline{I}_{1} + underline{I}_{2}- underline{I}_{3} = 0 \ R_{1}cdot underline{I}_{1}-(R_{2}-jX_{C1})cdot underline{I}_{2} = underline{E}_{1} \ (R_{2}-jX_{C1})cdot underline{I}_{2}+jX_{L1}cdot underline{I}_{3} = 0 \ end{cases} $$
Подставим в полученную систему уравнений значения сопротивлений и источников и получим:
$$ begin{cases}underline{I}_{1}+ underline{I}_{2}- underline{I}_{3}=0 \ underline{I}_{1}+(-1+1j)cdot underline{I}_{2}=0.7071+0.7071j \ (1-1j)cdot underline{I}_{2}+ j cdot underline{I}_{3}=0 \ end{cases} $$
Решим систему уравнений и получим искомые токи:
$$ underline{I}_{1} = 0.4243+0.1414jspacetextrm{А} $$
$$ underline{I}_{2} = 0.1414-0.4243jspacetextrm{А} $$
$$ underline{I}_{3} = 0.5657-0.2828jspacetextrm{А} $$
Пользователям
При невозможности рассчитать схему просьба сообщить об этом Администрации сайта по электронной почте support@faultan.ru либо через контактную форму.
Программы для расчёта и проектирования конструкций
Вы уже работали с RFEM? Если нет, то это не проблема, потому что программа МКЭ RFEM очень удобна для новичков. После короткого периода ознакомления он позволяет быстро и легко моделировать, статически и динамически рассчитывать и проектировать модели со стержнями, пластинами, дисками, складками, оболочками и твердыми элементами.
Благодаря модульной концепции программного обеспечения, вы можете расширять RFEM с помощью различных надстроек и, таким образом, применять ее в самых разных областях.
ГЛАВА 3 РАСЧЕТЫ КОНСТРУКЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЭВМ
Введение
3.1 Универсальные программы расчета конструкций
Историческая справка
Расчеты конструкций и связанные с ними задачи проектирования, оптимизации и управления – наиболее естественная сфера применения ЭВМ. Действительно, математические модели конструкций (статика, динамика, устойчивость, пластичность и ползучесть и др.) относятся к наиболее сложным и трудоемким в реализации. Деформирование тел характеризуется векторным полем перемещений (три компонента в каждой точке) и тензорными полями деформаций и напряжений (по шесть и девять компонентов в каждой точке), описывается пятнадцатью дифференциальными уравнениями. Исключая заранее часть неизвестных, приходят к трем уравнениям равновесия с тремя неизвестными перемещениями – тоже немало по сравнению с другими физическими задачами.
Уже первые серийные ЭВМ привлекали внимание проектировщиков, и в 60 – 70-е годы сформировался общий подход к разработке расчетных программ. Одним из основных компонентов такой программы на компьютерах 1
– 3 поколений стал ее входной язык – набор элементов расчетной схемы и команд для ее формирования, составляющих файл исходных данных. Фактически – язык программирования для программ формирования расчетных схем. Широко использовались программные комплексы Экспресс, ЛИРА, МИРАЖ; из зарубежных – SAP-80. Они содержали и графическую часть – изображение расчетной схемы и результатов расчета, но разделение графического и текстового режимов работы дисплея в операционной системе DOS не позволяло совместить подготовку данных с их визуализацией.
Сейчас наиболее популярны расчетные комплексы, работающие под операционной системой WINDOWS или UNIX: SCAD – наследник ЛИРЫ,
американские COSMOS, ANSYS, NASTRAN.
Под WINDOWS весь процесс подготовки данных и анализа результатов расчета, а также текущая информация о процессе решения (который в
1
случае сложных расчетов может длиться минуты и часы) изображается на экране в виде рисунков и надписей – визуализируется. Пользователь, не откладывая, проверяет свои действия и сразу вносит коррективы. Стиль работы резко изменился: теперь уже не нужно тщательно готовить расчетную схему на бумаге, нумеровать узлы и элементы. Не слишком сложные строительные объекты можно «конструировать» и готовить к расчету прямо на компьютере, в пределах расчетной программы, ни разу не взяв в руки карандаш и бумагу. Правда, при этом теряется привычка аккуратно упорядочивать и архивировать информацию, необходимую при разработке больших проектов.
Однако почти во всех расчетных программах бросается в глаза то, что многие визуальные элементы унаследованы от традиционной системы с входными языками и используют далеко не все графические возможности WINDOWS, просто команды входного языка переделаны в пункты меню. Управляющие элементы (меню, панели с кнопками и др.) недостаточно структурированы, множество разных по смыслу и важности кнопок размещается на одной панели и выглядит одинаково, для ввода чисел выстроены цепочки безликих меню, хотя все поля для них можно разместить на одной панели и иллюстрировать рисунками как их смысл, так и вводимые данные (их местоположение, величины и направления). Трудно бывает найти нужные элементы расчетной схемы. Нумерация объектов не подстраивается под масштабы изображения, при мелком масштабе происходят накладки, что затрудняет ее прочтение.
Здесь есть над чем поработать.
Но много и удачных решений, в целом достигнут большой прогресс с точки зрения удобства для пользователя, повышенной наглядности и производительности при компьютерном моделировании конструкций.
Средства создания расчетной модели
В программном комплексе SCAD следует прежде всего отметить возможность сочетать составление простых расчетных схем на основе прототипов – встроенных в программу заготовок схем наиболее часто рассчитываемых конструкций или их частей – с возможностью задавать параметры (размеры, количество пролетов, этажей и др.). Привлекает также наличие баз данных сечений прокатных, гнутых и др. профилей элементов конструкций, характеристик материалов по российским стандартам.
Популярность SCADа основана также на унаследованном от ЛИРЫ соединении расчета с задачами проектирования: подбор сечений, армирование,
2
сейсмические и другие расчеты, требуемые СНиПами и сравнительно легко автоматизируемые.
SCAD позволяет наиболее наглядно, доступно редактировать и структурировать средства подготовки данных [4.1]. В отличие от других программ здесь имеются панели для изменения свойств узлов, конечных элементов и других частей расчетной схемы. Только многочисленные кнопки графических фильтров одинакового вида да спрятанные среди второстепенных кнопки «Схема управления», «ОК», «Отмена» и некоторые другие немного портят картину.
Комплексы COSMOS, ANSYS, NASTRAN (США) построены по примерно одинаковой схеме. Инструменты подготовки данных здесь в меньшей степени, но более четко структурированы, менее удобны средства редактирования и нет процедур проектирования. Однако можно использовать мощные средства подготовки расчетных схем конструкций самой разнообразной формы и степени сложности.
Основной порядок построения расчетной схемы: создание геометрической формы, определение свойств используемых конечных элементов, нанесение сеток из этих элементов-ячеек на построенные геометрические формы, задание внешних воздействий – геометрических связей и статических либо динамических нагрузок.
Геометрия конструкции строится последовательно из точек, линий, поверхностей, объемов. Параметрическое задание разнообразных криволинейных геометрических примитивов представлено в наглядной форме такими командами, как «extrude» – «вытянуть» поверхность из линии в направлении другой линии, «skin» – «натянуть» поверхность между двумя линиями и др. Используются многообразные (различные в разных программах) средства манипулирования геометрическими объектами: объединение, пересечение, создание линий на поверхности и т.д.
Свойства элементов во всех трех программах состоят из трех характеристик: типы (точки-пружины, стержни, пластины и оболочки, объемные элементы); вещественные параметры (геометрические характеристики сечения стержня, толщина оболочки и др); основные свойства материала (модуль упругости и коэффициент Пуассона) и дополнительные (плотность, коэффициент температурного расширения, дополнительные упругие коэффициенты в случае анизотропии, нелинейные (пластичность, гиперупругость) и реологические (ползучесть, релаксация)) свойства.
3
Нанесение сетки конечных элементов на геометрические формы превращает их в полноценные элементы конструкции, обладающие жесткостью и другими деформационными свойствами. Предусмотрено как автоматическое разбиение геометрических форм на элементы с большей густотой сетки в местах возможной концентрации напряжений, так и заданное пользователем, который определяет либо максимальный размер элемента, либо количество разбиений каждой линии на границе объекта. Следует отметить, что автоматическое разбиение не всегда правильно срабатывает: программа может сообщить, что какой-нибудь элемент слишком вытянут или «скручен», и она не может продолжать решение. Тогда пользователь может выполнить кропотливую работу по поиску этого элемента и улучшению его формы за счет изменения координат узлов либо стереть автоматическую сетку и наносить свою пользовательскую, что более трудоемко.
После задания внешних воздействий конструкция готова к расчету. Для этой операции также существуют разнообразные средства. Сосредоточенные силы можно задавать в точках геометрической формы конструкции либо в узлах сетки. Лучше использовать точки, их немного и труднее перепутать. Распределенные силы задают на геометрических объектах (линиях, поверхностях, объемах) либо на конечных элементах, постоянные либо переменные, чаще всего с линейным изменением вдоль сторон объекта. Перемещения (геометрические связи) можно задать на геометрических объектах (точках, линиях, поверхностях, объемах) или в узлах сетки. В любом случае связи накладываются на узлы сетки.
Отделение геометрической модели конструкции от расчетной – сеточной – очень важно для высокой производительности расчетов. Нанесенную сетку всегда можно удалить и заменить более густой (для повышения точности) или более редкой (для ускорения счета). Во всех трех рассматриваемых программах предусмотрена возможность автоматического локального уточнения в окрестностях наиболее напряженных точек либо за счет сгущения сетки в этой окрестности (h-метод), либо за счет замены в ней конечных элементов на аналогичные с более высоким порядком аппроксимации (p-метод).
3.1.3. Решение дискретизованной задачи
Самая трудоемкая часть алгоритмов расчета конструкций (по затратам машинного времени) – решение системы линейных алгебраических уравнений. Во всех рассмотренных программах в качестве основного применяется
4
прямой метод Гаусса – последовательного исключения неизвестных или его модификаций, связанных с разложением матрицы коэффициентов на треугольные множители. При этом существенно используют разреженную структуру матрицы, т.е. редкое расположение ненулевых коэффициентов среди большинства нулевых. Для уменьшения количества операций и времени счета перед решением системы уравнений структуру матрицы улучшают за счет перенумерации неизвестных – минимизируют ее профиль из ненулевых коэффициентов, стремясь разместить их как можно ближе к главной диагонали, достигая значительного ускорения счета.
По некоторым оценкам, для больших систем сеточных уравнений значительно быстрее работают специально подобранные итерационные методы. Ускорение достигается не только за счет уменьшения количества вычислительных операций, но и за счет возможности обойтись без использования более медленной внешней памяти (магнитных дисков). В программе COSMOS реализован такой вариант для частного случая конструкций из оболочечных элементов.
Решение двух–трех сотен тысяч уравнений в пределах получаса на компьютерах типа IBM PC с тактовой частотой 500–1000 МГц в настоящее время – обычное дело.
3.1.4. Средства изображения, анализа и документирования результатов расчета – постпроцессоры
Для наглядного изображения и анализа, осмысливания напряженнодеформированного состояния (НДС) пространственных конструкций вместо традиционных эпюр используют набор «контурных» и «векторных» графических способов, привязанных так же, как и эпюры, к пространственным изображениям конструкции. Наиболее наглядны и информативны из них – деформированная схема и представленные разными цветами изолинии (изополосы) нужных компонентов полей НДС, нанесенные на пространственную схему конструкции. Наряду с нормальными и касательными напряжениями, линейными и угловыми деформациями в различных системах координат рассматриваемые программы изображают усредненные характеристики НДС – главные напряжения и деформации, интенсивности касательных напряжений и деформаций сдвига, эквивалентные напряжения по Мизесу.
Для анализа внутренних невидимых частей конструкции используют средства выбора (select) нужных групп элементов и изображения их НДС.
5
Эти средства визуализации, сжатого пакетирования информации, позволяют анализировать схемы деформирования, силовые потоки и другие характеристики работы конструкции, проверять ограничения прочности, жесткости, устойчивости, вырабатывать представления о ее особенностях и необходимости конструктивных изменений, не прибегая к осмысливанию результатов расчета в виде огромных числовых таблиц.
Предусмотрена возможность печати графических изображений, однако в настоящее время проще использовать копии экрана, обрабатывая их графическими редакторами (например, Paint, MS Photo Editor) и вставляя в отчетные или проектные документы.
Иногда нельзя обойтись и без традиционной табличной формы. Расчетные программы позволяют просматривать таблицы перемещений, напряжений и деформаций в узлах и конечных элементах для всей конструкции или ее частей, находить наибольшие и наименьшие значения.
3.1.5. Недостатки имеющихся расчетных комплексов
Интерфейс. Современные графические операционные системы (Windows, Linux и др.) содержат идеологию, сценарии работы и предоставляют средства визуализации для максимально удобного и наглядного представления информации в разнообразных формах (рисунки, таблицы, движущиеся объекты). При этом происходит ее сжатие, пакетирование в максимально полном объеме в ограниченных пределах экрана дисплея. В этих благоприятных условиях хороший интерфейс должен обладать тремя необходимыми свойствами.
1.Размещать на экране максимум информации в максимально наглядном виде, многоуровневом и хорошо структурированном: главные разделы на переднем плане, остальные – частично показывают на задних. Значительно ускоряет работу показ данных в контесте, одновременно повышая их надежность и достоверность: программа должна на следующем шаге предлагать для обработки те данные, которые с наибольшей вероятностью выберет пользователь.
2.Иметь средства изображения и редактирования вводимых или анализируемых данных, формирования документа для печати. На современных компьютерах ничего не стоит использовать содержимое экрана в качестве части документа; речь идет о формировании вида экрана, размещении на нем
6
необходимых рисунков и надписей, получении для этого информации от программы.
3. Осуществлять максимальный программный контроль вводимой информации, обнаруживая противоречия (например, геометрическую изменяемость системы) и предупреждая об этом расчетчика, и максимальный пользовательский контроль, оперативно и наглядно изображая вводимые данные.
По сравнению с более широко используемыми программами общего, производственного и коммерческого назначения (например, MS Office) в интерфейсах имеющихся расчетных программ (т.е. в препроцессоре и постпроцессоре) использована лишь малая часть этих возможностей. Для начинающего пользователя любая из них представляет собой лабиринт с множеством возможных путей, большинство из которых ведет в тупик.
Например, в SCADе размещение главного меню в отдельном окне в виде «дерева» имеет свои достоинства, но до получения определенных навыков приходится очень долго искать кнопку (среди других кнопок такого же вида), возвращающую в это главное меню из текущих окон. А для определения и проверки вида и направлений наклонных связей придется добывать необходимую информацию о местной системе координат узла и самому их рисовать, затрачивая время и делая ошибки при ручной работе.
В других программах многие данные вводятся по одному числу, для каждого из которых нужно проходить по цепочке меню, иногда достаточно длинной, вместо того чтобы заполнять таблицы значений. Иногда нельзя одновременно задать даже все три компонента вектора силы или вектора перемещений. После задания величин они отображаются графически на экране, но для исправления нужно их ввести заново, повторяя весь процесс ввода и не видя старых значений. Хотя программисту ничего не стоит средствами Windows открывать для исправлений диалоговое окно с необходимыми рисунками и отредактированными числовыми полями, в котором пользователь будет видеть предыдущие данные и результаты исправления в числовом и графическом виде.
Все программы сообщают о неполноте данных или других противоречиях лишь при запуске на счет, причем с минимальной информацией о характере и местах ошибок.
Результаты расчета программы пытаются формировать сами (хотя пользователь может предварительно делать некоторые настройки). Но определить значимость отображаемых чисел и разместить их без наложений – слишком сложная задача для современного (не очень интеллектуального) компьютера,
7
и следовало бы эту работу доверить пользователю, снабдив его необходимыми средствами получения данных от программы и возможностью их размещения на фоне расчетной или деформированной схемы конструкции – для последующего анализа и документирования.
Не сообщают они и об оценках точности полученных результатов, хотя МКЭ – сугубо приближенный метод расчета.
Универсальность и точность. Практически для любой расчетной программы находятся простые и важные конструкции, не вписывающиеся в предусмотренные в ней расчетные схемы.
Например, в программе COSMOS не предусмотрен расчет на упругом основании. Конечно, Винклерово основание можно моделировать одномерными упругими конечными элементами, присоединенными к каждому узлу конструкции на поверхности контакта с основанием, но в ряде случаев это связано со слишком большим объемом работы. Кроме того, COSMOS не выполняет расчет плиты, шарнирно закрепленной по контуру, сообщая о нулевом определителе системы. Вероятно, это связано со свойствами используемого конечного элемента плиты, имеющего в узлах степень свободы – поворот вокруг нормали к срединной поверхности. Добавление соответствующей связи в одном из узлов спасает положение, но тогда остается неясным вопрос о правильности расчета, так как такая связь избыточна; пользователь – расчетчик не должен заниматься такими вопросами, они должны быть решены разработчиками при программировании, и программа должна сама ставить такого рода вспомогательные связи, если это необходимо и возможно.
В программе ANSYS поверхностно распределенные внешние силы можно задать только по нормали к поверхности. Это мешает, например, учету собственного веса и снеговых нагрузок на оболочки. Правда, можно использовать гравитационные нагрузки, но это в ряде случаев неудобно. В расчете пересекающихся пластин (рис. 3.1) максимальные напряжения, вычисленные в узлах и вычисленные в центрах тяжести конечных элементов, отличаются вдвое. Очевидно, это связано с разрывностью напряжений на линии
пересечения, и в этом вопросе можно разобраться, но зачем его оставлять пользователю, который может и не заметить противо-
речия?
|
В программе NASTRAN для пластин и |
|
|
Рис. 3.1. Фрагмент |
оболочек не предусмотрены переменные по |
|
пересекающихся пластин |
толщине температурные воздействия, это |
8
противоречит основной для тонкостенных конструкций линейной по толщине аппроксимации перемещений. Конечно, температуры на лицевых поверхностях тонкой оболочки мало отличаются, но их малая разница вызывает большое искривление, что в ряде случаев является главной целью расчета.
В программе SCAD большие погрешности (уменьшение прогибов в десятки и сотни раз) дают удлиненные пространственные и пластинчатые конечные элементы (рис. 3.2, а, б), как хорошо известно из литературы по МКЭ.
|
Это неудобно при расчете ребристых |
а |
|||||
|
плит и оболочек. В ряде случаев ребра |
||||||
|
прямоугольной формы лучше задавать в б |
||||||
|
виде элементов пластины (рис. 3.2, в), |
||||||
|
чем в виде эксцентрично присоединен- |
||||||
|
ных стержней. Это не только избавляет |
в |
|||||
|
от трудоемкой работы с «жесткими |
||||||
|
вставками», но и повышает точность за |
||||||
|
счет автоматического учета поперечно- |
Рис.3.2. Фрагмент пластины, эксцент- |
|||||
|
го сдвига. |
В трех упомянутых амери- |
|||||
|
рично подкрепленной ребром |
||||||
|
канских |
программах |
удлиненные |
||||
стержни и ребра из конечных элементов (КЭ) плиты дают точность не худшую, чем стержневые КЭ, за счет использо-
вания гибридного способа их построения, близкого по смыслу к моментной схеме конечных элементов, предложенной А.С. Сахаровым. Правда, в COSMOSе и NASTRANе есть возможность применить КЭ с точным интегрированием, дающие точно такие же результаты, как в SCADе, или КЭ с сокращенным интегрированием, дающие систему уравнений с нулевым определителем, но по умолчанию используются лучшие – гибридные – КЭ. Критика коммерческих программных комплексов расчета конструкций имеется также в [4.2].
Конечно, математические модели механики деформируемого твердого тела и расчетов конструкций относятся к самым сложным задачам расчета, и здесь неизбежны отдельные недоработки. Хотелось бы только, чтобы они иногда исправлялись.
9
3.1.6. Цели и возможности использования программных комплексов в учебном процессе
При изучении дисциплин, связанных с расчетом конструкций, прорабатывают два основных момента.
Первый – овладение системой понятий, описывающих деформирование
и
прочность: деформации, напряжения, внутренние усилия, силовые потоки и др., составляющие основу математических моделей конструкций. На это направлена учебная деятельность, состоящая в решении небольших учебных задач с анализом на основе этих понятий.
Второй – выработка инженерной интуиции: как ведут себя различные конструкции в тех или иных условиях. Это достигается анализом особенности различных конструкций на большом количестве примеров. Здесь и необходимы хорошие программы для быстрого расчета вариантов и осмысливания полученных результатов, включая некоторые исследовательские задачи о влиянии на НДС того или иного параметра конструкции, а также переход к оптимизации.
Рассмотренные программные комплексы SCAD, COSMOS, ANSYS, NASTRAN представляют для этого широкий набор средств. Трудность только в том, что в них использованы далеко не все имеющиеся на современных компьютерах резервы улучшения «дружественности» к пользователю, и требуется много времени на их изучение, которого в учебных планах нет.
Учитывая повышенный интерес студентов к таким программным средствам, можно использовать факультативное изучение этих программ. При этом расширяется кругозор студентов, понимание принципов построения таких комплексов. Владение одной программой позволяет относительно легко осваивать и другие.
Главное, что достигается при использовании хороших расчетных моделей и программ, – выработка активного подхода к конструкции на основе понимания ее работы.
Актуален и вопрос о разработке простого в использовании и обладающего большими возможностями линейного и нелинейного анализа конструкций программного комплекса: «включил – и пользуешься». На сегодняшнем уровне развития моделей механики конструкций, компьютерной техники и средств программирования такая задача вполне выполнима.
10
Соседние файлы в папке СФ
- #
- #
- #
- #
- #
- #
2.1 Общие замечания
Пакет
включает 12 расчетных программ и
справочно-информационные базы данных.
Диалоговая оболочка пакета представляет
меню, обеспечивает диагностику ошибок
и помощь в последовательности выполнения
операций, дает возможность вывода
графической информации и не требует
специальных знаний в области
программирования и вычислительной
техники. Пакет программ разработан НПФ
«Интеграл» и может быть использован
для проведения проектировочных и
проверочных расчетов элементов
механических приводов при выполнении
курсовых и дипломных проектов.
Работа
с помощью имеющихся в пакете расчетных
программ сводится к следующим операциям:
1) вызов нужной программы с использованием
главного меню; 2) ввод исходных данных
(материалы деталей, силовые и кинематические
параметры); 3) после выполнения машинного
счета вывод результатов на печатающее
устройство.
2.2 Инструкция по использованию программ расчета Вызов пакета программ
П
осле включения компьютера необходимо
выбрать папку ВОСХОД
и
исполнительный файл Okm.exe.
На экране появится следующая информация:
Проведение расчета
С помощью курсора
выбирается требуемая программа расчета
и нажимается клавиша “ЕNТЕR”.
Затем проводится ввод исходных данных
путем указания вида конструктивной
схемы и задания численных значений
параметров, которые запрашивает машина.
После этого на экране появляется таблица
с выбранным набором исходных данных и
предлагается еще раз проверить
правильность их задания. Если значение
задаваемого параметра выходит за
установленные пределы, то машина
предлагает скорректировать его
величину. Размерности вводимых параметров
заданы в системе СИ и указываются на
экране. При правильном задании исходных
данных нажимается клавиша “ЕNТЕR”
(ввод) и программа производит расчет,
по окончании которого на экране появляется
таблица результатов.
Печать результатов
Для
включения в пояснительную записку по
курсовому проекту целесообразно вывести
на печать исходные данные и результаты
расчета. Для этого необходимо вставить
в принтер лист чистой бумаги и выбрать
в меню пункт «Печать», нажав
соответствующую клавишу.
В
каталоге имеются программы расчета
зубчатых передач: расчет эвольвентного
зацепления; расчет зацепления Новикова
и др. В случае «зависания» необходимо
перезагрузить системы, нажав одновременно
три клавиши “Сtг1+А1t+Dе1”
или кнопку «RESET».
2.3 Примеры задания исходных данных и результатов расчета
Расчет зубчатых
передач
Программа позволяет
выполнить следующие расчеты:
– расчет
цилиндрических передач с внешним и
внутренним эвольвентным зацеплением
с прямыми, косыми и шевронными зубьями;
– расчет конических
передач с прямыми и круговыми зубьями
с углом наклона зубьев до 35 градусов.
Расчет передач на
прочность проводится согласно ГОСТ
21354-75.
И сходные данные
Тип передачи может
быть одним из ниже перечисленных:
1)
цилиндрическая внешнего зацепления с
прямыми зубьями;
2)
цилиндрическая прямозубая внутреннего
зацепления;
3)
цилиндрическая внешнего зацепления с
косым зубом;
4)
ортогональная коническая с прямым
зубом;
5)
ортогональная коническая с круговым
зубом.
Твердость и предел
текучести материалов колес выбирается
согласно табл. 2.1:
Таблица 2.1
Материалы,
применяемые для изготовления зубчатых
колес, и виды их термообработки
|
Марка стали |
Термообработка |
Твердость |
Предел текучести |
Предел прочности |
|
|
НВ |
НRС |
||||
|
Заготовка-поковка |
|||||
|
35 40 45 45 |
Нормализация Нормализация Нормализация Улучшение |
140…187 154…217 |
320 340 360 390…540 |
540 580 610 680…880 |
|
|
45 |
Закалка |
||||
|
поверхностная |
– |
45-55 |
330 |
590 |
|
|
50 |
Нормализация |
180.. .229 |
– |
380 |
640 |
|
50 |
Улучшение |
258.. .310 |
– |
540 |
790 |
|
55 |
Нормализация |
185.. .229 |
– |
390 |
660 |
|
ЗОХГС |
Нормализация |
215.. .229 |
– |
640.. .840 |
790.. .980 |
|
ЗОХГС |
Улучшение |
235.. .280 |
– |
740.. .840 |
930. .1020 |
|
40Х |
Нормализация |
200.. .230 |
– |
440.. .790 |
690.. .980 |
|
40Х |
Улучшение |
215.. .285 |
490.. .690 |
730. .980 |
|
|
40Х |
Закалка |
||||
|
поверхностная |
– |
50-55 |
490 |
740 |
|
|
45Х |
Улучшение |
230. .280 |
– |
650 |
|
|
40ХН |
Нормализация |
220.. |
– |
550.. .790 |
740. .980 |
|
40ХН |
Улучшение |
235.. .295 |
– |
540.. .690 |
790. .980 |
|
40ХН |
Закалка |
||||
|
поверхностная |
– |
48-54 |
1400 |
1600 |
|
|
35ХМ |
Улучшение |
241 |
– |
800 |
900 |
|
35ХМ |
Закалка |
||||
|
поверхностная |
– |
45-53 |
1400 |
1600 |
|
|
40ХНМА |
Улучшение |
265.. .310 |
– |
740.. .900 |
980. |
|
35ХГСА |
Улучшение |
235 |
– |
>=500 |
>=760 |
|
35ХГСА |
Закалка |
– |
1350… |
1700… |
|
|
поверхностная |
– |
46-53 |
…1600 |
…1950 |
|
|
20Х |
Цементация |
– |
56-63 |
400 |
650 |
|
12ХНЗА |
Цементация |
– |
56-63 |
700 |
900 |
|
25ХГТ |
Цементация |
– |
58-63 |
950 |
1150 |
|
38ХМЮА |
Азотирование |
– |
57-67 |
900 |
1050 |
|
СТАЛЬНОЕ ЛИТЬЕ |
|||||
|
35Л |
Нормализация |
>=145 |
– |
280 |
500 |
|
45Л |
Нормализация |
>=153 |
– |
320 |
550 |
|
ЗОХНМЛ |
Нормализация |
>=200 |
– |
550 |
700 |
|
40ХЛ |
Нормализация |
>=185 |
– |
500 |
650 |
|
35ХМЛ |
Нормализация |
>=200 |
– |
550 |
700 |
|
55Л |
Нормализация |
>=155 |
– |
350 |
600 |
|
35ХГСЛ |
Улучшение |
>=202 |
590 |
790 |
|
|
35ХГСЛ |
Улучшение |
>=202 |
590 |
790 |
Коэффициент ширины
зубчатого венца выбирается в соответствии
с табл. 2.2:
Таблица 2.2
Значения
коэффициента РSIВА
= Вw/Аw
ширины
колеса относительно
межосевого расстояния
|
Расположение |
Твердость рабочих |
|
|
НВ2 <= 350 или |
НВ1 > 350 |
|
|
Симметричное |
0.3 . . . 0.5 |
0.25 . . . 0.3 |
|
Несимметричное |
0.25 . . . 0.4 |
0.2 . . . 0.25 |
|
Консольное |
0.2 . . . 0.25 |
0.15 . . . 0.2 |
|
Примечания |
1) |
Возможны
режимы нагрузки: 1) постоянный; 2) тяжелый;
3) средний равновероятный; 4) средний
нормальный; 5) легкий; 6) особо легкий.
После
проведения расчета программа выдает
на экран или принтер результаты расчета,
которые включают в себя ряд силовых
характеристик режима нагружения и
совокупность всех геометрических
параметров передачи.
Расчет
червячных передач
Программа
обеспечивает расчет на прочность
ортогональной червячной передачи с
цилиндрическим червяком (архимедовым,
конволютным, нелинейчатым, шлифуемым
конусным кругом) по ГОСТ 2144-76
последовательно для 4-х материалов
венца червячного колеса – бронз:
БрОФ10-1, БрОНФ10-1-1, БрОЦС5-5-5, БрАЖ9-4.
Основной расчет по контактным напряжениям;
проверочный расчет по сопротивлению
усталости при изгибе и прочности при
действии кратковременной пиковой
нагрузки.
Расчет проводится
для нескольких видов материала:
1) материал червячного
колеса Бр.ОНФ 10-1-1;
2) материал червячного
колеса Бр.ОЦС 5-5-5;
3) материал червячного
колеса Бр.АЖ 9-4.
Расчет планетарных
передач
Программа
обеспечивает проектировочный расчет
одноступенчатой планетарной передачи
по схеме 2К-Ь.
Диапазон номинальных передаточных
отношений планетарной передачи равен
3,15…12,5. Определяются параметры зацепления
колес с учетом выполнения условий
соосности, соседства и сборки.
Выполняются расчеты зубьев колес
передачи на контактную и изгибную
прочность по ГОСТ 21354-75.
Проектный расчет
включает следующие этапы:
1. Ввод исходных
данных для проектирования.
2. Кинематический
расчет планетарной передачи.
3. Прочностной
расчет на усталостную и изгибную
прочность по ГОСТ 21354-87.
Для
выполнения проектного расчета планетарных
передач необходимы следующие исходные
данные:
– крутящий
момент на тихоходном валу (Нм);
– частота вращения
тихоходного вала (1/мин);
– срок службы
передачи (редуктора) (час);
– требуемое
(ориентировочное) передаточное отношение;
– число сателлитов;
– коэффициент
безопасности по напряжениям изгиба;
– коэффициент
неравномерности нагрузки по потокам;
– максимальное
число зубьев шестерни;
– режим нагружения;
– термообработка
и твердости колес;
– характеристики
материалов колес (предел текучести);
– способ
установки центрального колеса (консольно
или на двух опорах).
Пользователю
предоставляется возможность широкого
выбора материалов и видов термообработки
(см. табл.2.1).
В
исходных данных можно дополнительно
задать параметры долбяка для нарезания
колес с внутренними зубьями, угол
наклона зубьев, степень точности
передачи, коэффициент смещения исходного
контура.
Межосевое
расстояние не округляется. Модуль
выбирается из стандартного ряда чисел
по СТ СЭВ 310-76. Если по условию
прочности на изгиб необходимо увеличить
модуль, то уменьшают число зубьев на
величину числа сателлитов. При этом
модуль увели-чивается. Минимальное
число зубьев принято равным 15. Если при
этом расчетные напряжения изгиба
будут больше допускаемых, то увеличивают
модуль в число раз, равное отношению
рабочих изгибных напряжений к допускаемым
изгибным напряжениям.
В
этом случае контактные напряжения будут
всегда значительно меньше допускаемых.
Минимальное число зубьев можно изменить
по желанию пользователя.
Расчет геометрических
параметров и проверка качества
зацепления проводятся в соответствии
с ГОСТ 16532-70 и ГОСТ 19274-73.
Расчет волновой
передачи
Программа
обеспечивает проектный и проектно —
проверочный расчет волновой передачи,
колеса которой выполнены из стали;
зацепление эвольвентное; внешние
зубья колес нарезаются стандартной
червячной фрезой, внутренние –
долбяком. Определяются размеры гибкого
колеса, параметры зацепления, размеры
колес, контрольные размеры при нарезании
колес, масса волновой передачи и ее
узлов. Выполняется проверка гибкого
венца на сопротивление усталости.
Производится выбор и оценка работоспособности
гибких подшипников.
При
ПРОЕКТНОМ виде расчета рассчитываются
две волновые передачи по заданному
вращающему моменту на тихоходном валу
и передаточному отношению. Определяются
исполнительные размеры и характеристики
передач. Из двух типоразмеров выбирается
один, наиболее полно отвечающий
техническим условиям.
При
ПРОВЕРОЧНОМ расчете определяются
исполнительные размеры и нагрузочная
способность передачи при заданных
значениях чисел зубьев колес и модуля
зацепления. Здесь диаметр отверстия
Dp
гибкого колеса получается, как правило,
дробным. Поэтому нельзя использовать
стандартный гибкий подшипник для
кулачкового генератора волн.
Обычно такую
передачу выполняют с дисковым генератором
волн. Этот вид расчета применяется для
встроенных или кинематических передач
с фиксированным передаточным отношением.
Расчет ременных
передач
Программа
обеспечивает расчет ременных передач:
клиновыми ремнями нормального сечения
О, А, Б и В по ГОСТ 1284.3-80; клиновыми ремнями
узкого сечения УО, УА, УБ и УВ по ГОСТ
10286-75 (РТМ 51-15-15-70); поликлиновыми ремнями
сечений К, Л, М, по РТМ 38-40528-74; зубчатыми
ремнями по ОСТ 38-65114-76; пленочными ремнями.
Расчет цепных
передач
Программа
обеспечивает проектировочный расчет
передач роликовой цепью по ГОСТ 13568 —
75 при заданном числе (1, 2 или 3) рядов
цепи. Критерием работоспособности
передачи является износостойкость
шарниров цепи.
Расчет
передачи винт-гайка
Программа
обеспечивает проектировочный расчет
передачи винт-гайка с трапециедальной
резьбой по ГОСТ 24737-81 и с метрической
резьбой по ГОСТ 9150-81 (СТ СЭВ 180-75) с учетом
устойчивости винта. Основным критерием
работоспособности винтовой передачи
является износостойкость.
Расчет
радиальных подшипников качения
Программа
обеспечивает выбор однорядных радиальных
шарикоподшипников по ГОСТ 8338-75 для
двухопорных валов на основе расчетных
формул по ГОСТ 18855-82. Внутренние диаметры
подшипников лежат в диапазоне от 2 до
200 мм. Расчетные формулы действительны
для подшипников, работающих при частоте
вращения ниже предельной, отказ
которых возникает из-за усталостного
разрушения.
Также программа
обеспечивает выбор однорядных шариковых
радиально-упорных подшипников по ГОСТ
831-75 для двухопорных валов на основе
расчетных формул по ГОСТ 18855-82. Внутренние
диаметры подшипников лежат в диапазоне
от 10 до 240 мм. Расчетные формулы
действительны для подшипников, работающих
при частоте вращения ниже предельной,
отказ которых возникает из-за усталостного
разрушения.
При ПРОЕКТНОМ
расчете производится выбор стандартного
подшипника и всех его данных из
каталога при известных параметрах: тип
подшипника, посадочный диаметр вала
под подшипник, режим нагружения и схема
установки подшипника на валу, нагрузочные
и скоростные характерристики работы
подшипника. Расчеты сопровождаются
определением эквивалентной динамической
нагрузки, действительного ресурса,
степени надежности и рекомендациями
по выбору посадок колец подшипника.
При ПРОВЕРОЧНОМ
расчете определяются справочные данные
для заданного типа и номера подшипника.
Дальнейший порядок расчета аналогичен
ПРОЕКТНОМУ режиму при заданных нагрузочных
и скоростных характеристиках работы
подшипникового узла.
