AutoCAD计算截面面积、惯性矩
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CAD计算截面特性CAD(计算机辅助设计)是一种通过计算机技术进行设计、分析和制造的工具。
在工程领域中,CAD可以用于计算截面的特性,例如惯性矩、截面模量和截面形心等。
本文将介绍CAD计算截面特性的方法和应用。
在CAD中计算截面特性可以使用不同的方法,如数值法、解析法和有限元法等。
其中,有限元法是一种常用且有效的方法。
它将截面分割成许多小的元素,然后通过计算每个元素的特性来估计整个截面的特性。
根据具体应用的要求,可以将截面分割成不同形状的元素,例如三角形、四边形或多边形等。
然后,通过数学和数值方法来计算每个元素的特性。
截面的特性包括惯性矩、截面模量和截面形心等。
惯性矩是衡量截面抵抗扭转和弯曲的能力的指标,通常表示为I。
截面模量是衡量截面抵抗变形的能力的指标,通常表示为S。
截面形心是截面的几何中心,也是计算惯性矩和截面模量的基础。
计算截面特性的方法可以通过CAD软件进行自动计算。
首先,需要在CAD中绘制截面的几何形状。
然后,通过选择合适的工具和参数来计算截面的特性。
在计算惯性矩时,可以根据截面的形状和尺寸来选择不同的计算公式。
一般来说,圆形和矩形截面的计算较为简单,可以通过公式直接计算。
对于复杂的截面形状,可以使用数值方法和有限元法来计算。
CAD计算截面特性的应用非常广泛,可以用于结构设计、力学分析和材料性能评估等方面。
在结构设计中,截面特性是评估结构强度和刚度的重要参数。
通过合理计算截面特性,可以优化结构的设计,提高结构的安全性和经济性。
在力学分析中,截面特性可以用于计算结构的变形和应力分布。
通过精确计算截面特性,可以得到准确的应力和变形分布,从而为结构的性能评估和优化提供依据。
在材料性能评估中,截面特性可以作为材料强度和刚度的指标。
通过计算截面特性,可以评估材料的性能,并决定其在特定应用中的适用性。
总之,CAD可以用于计算截面的特性,如惯性矩、截面模量和截面形心等。
通过合理选择计算方法和参数,可以得到精确的截面特性,并应用于结构设计、力学分析和材料性能评估等方面。
AUTOCAD算功能简介及应用用AUTOCAD面积、几何质(形)心、质心惯性矩等部分计算功能,并举例说明这些计算功能与EXCELS软件相结合,能够快速而精确地完成水工建筑物稳定性等的计算。
1前言在水利水电工程设计中,时常要对水电站厂房、大坝的结构稳定性及其地基面垂直应力等进行计算,然而计算时必须要知道结构自身的重心、重量,以及外力的作用点、基础接触面惯性矩等。
如果截面为规则的几何图形,这些量的计算就比较容易;若为不规则,则计算比较烦琐,以前常用的方法是分块求和或积分,既不方便,乂耗时。
上述这些量值若在Auto cad中,用Auto cad的面积、几何质(形)心、质心惯性矩等计算功能计算是非常容易的。
2 Auto cad计算功能和操作技巧2. 1计算功能介绍对丁规则的几何多边形,如图1 (a)所示一个4e2m的长方形,其面积A、形心O (X, P、形心轴惯性矩I ,很容易算出,有的甚至口算也可算出,即面积A= 8m2,形心O (1, 2),形心惯性矩I xi = 10. 67m4, I yi = 2. 67m4,但对如图1 (b)所示的不规则多边形,就不可能套用现成的计算公式来计算。
过去通常的方法是,面积可分块求和,形心和形心轴惯性矩则分别按式(1)和式(2) e来求。
式中X、Y ------- 分别为多边形形心。
的x和y坐标;x、y -------- 分别为多边形中某点距形心X I轴和y1轴的距离;A ------ 不规则多边形中第i个规则多边形的面积;n ------- 组合成不规则多边形中规则多边形的总个数;i -------- 某个规则多边形;I x1、I y1 -------------------- 分别是形心X I轴和y〔轴的惯性矩。
图1 (b)用Auto cad的计算功能可得面积A= 18. 28n2,形心o (3. 2, 2. 0), 惯性矩1妇=26. 28n4、I yi = 42. 52n4。
CAD 面域 截面惯性矩计算(①48 X 3.5mm 钢管)求①48 X 3.5mm 钢管截面特性 第1步:打开CADT 图第2步:用命令reg 创建面域,用命令 su 创建组合面域 输入命令reg T 空格T 选择大、小两个圆T 空格T 创建2个面域输入命令SUT 空格T 选择大圆截面T 空格T 选择小圆截面T 空格T 创建完毕第3步:用命令massprop 找出创建面域的质心坐标 输入命令massprop T 空格T 选择面域图形T 空格T 查看特性第4步:用ucs 命令将坐标轴原点移至面域图像的质心 UCS T 空格T m T 空格T 输入坐标T空格:«:陌 祀土界Tr a-- Isffl弋更』”•1.卿”9607Hi ■■肛与工曲-WLIJ! --EJ&-4111Ki 5?Z-Si47|M 盯儿丸】丁£1 112-3^ = 5. ifi ;:豐土 卞■』亍耐 IT T lM741<i. 71?^Xi BZ3.CZ3E Ti岸 ElFk W£j <fiBwi •入咼 fc^l Z*■- e=e< 任刑" H-Nl ■=■ .tli E WTCH口嗪曰I N 卫吟*|«o 总I 丿声If ■・It 誉丄暫V!■黔E P ・l ♦ n.irtrt -I J C SM •■少B M h^tu M«K ■ 4 : ■* ・鼻• . || a^Lwtf・ 一—z/qo」/3zr<l;rf •口N J Ait 11 n it«T 為 iL-ifrDOO 6."i&ficdJt 11.mT ifl “dfEQ 口 l.-fOdCl走可LR ■tt 4ri二弹选峰对拿匕#ir .1 --鬥AiAdDMimi ; ' Dfl换M. ■斥|;■ V"22 氓|F Mb. *A£Ei *T: u Z*T. 飞M,呻m-Frfi E二即«bi-i £叩E「■.26』5 ^3(h fl 、:—:汕:'■■ill■市t电梅m •鼻*费」I1™FW«■M "RdZZJO2广回azo1Jlflr・・3JaYNE廛Q^+OJB*」口口节血J却I 玄EE厂叵HE匹衣:ID rr>/#?£ rni. T B" <a 上一•'«:n jfll酹帛/ifcllt fwrsm/y 』嘤貝:• =■:性迄驴・.U丕:i町暫宝:U吋暑——豊网. d j 加駆■*匠艸上ai.# i.e^回上1巴・rasI 「”*r.w 谭.丹才■•氐五血H'T IH:*占*1.昌眄“*AilP«*: On XliT, E=fi jr:任9E ■= M ■b>-l E 叩“mIP 斗刁* J * EC da孑「W 疋丸£ ^Ldlr 3 ■■ B dNW:«>?3+oJdi*一”厂厂F口E^nj*_"jqra* -_ 'Bv'Ura■■ |E■巧■HLMtSAflL [z HMS CZFJ BSS-IM?, tn-.Eiiu "T 总丁—$他1岬卑丄小UM 哺矍萨!U Ml也■耳W IlTE』w u更11寥第5步:输入命令 massprop f 空格f 选择面域图形f 空格f 查看特性吒型制I 型舸■遡瀏I 丄諭 I 檜胡I 朗胃 圃轲恐魁穹I 拒形骨首吉晋I 甬抑棉》,*• J 严・IT M£黒而圻印P 退出E程帛话厅中…[g]201^11/5§ 1^0404-0 W Edition 0品之裁直特*性至直壯l^h-J输入議面爲额;存换管 r 圆舸直世 D I [4d mn壁辰t :[35忖12.107皿4K ;1.57Bcm 扱馳矩Ip凸③4pnn-410 155ER13戦直IE 艇配 4.533 cm2单用車隼甲1041 LyAii 毎粉衷面积: .151ti2/n京霊iOBi - r殆丁 CS 的貝E 盍[直IF T? g ^Aji ■ 拦走斷頑jSSt tl MMftUli <0>n P n> 海舍 I flMJDMP 達毎歼熬二找至I 1伞4.ttM27-9632X:业ROJ -43 汕 -TrfP /T T v ViJL□ODfi "IM□OHITBJ i&TtJ蛊角理场厨心的K-T 育向:Y 卡I rft1—F」r- i 丁・1曲査7 曲 |I T 4£MQ o^ooq, J : 12・1=團7 是 [D .goal L.OD30]耳厂0 匕LX : 17.1447Tl 工卫・1BC7XY E DX ; 1r ・:rarest-■「 ft 5?^±7第6步:计算截面的抵抗矩Wx1=惯性矩lx边界框Y的一个值Wx2=惯性矩lx边界框Y的另一个值Wy仁惯性矩ly边界框X的一个值Wy2=惯性矩ly边界框X的另一个值W x=l x/y=12.1867/2.4=5.078cm 3W y=l y/x=12.1867/2.4=5.078cm 3抗扭系数=5.078X 2=10.156 cm32 2 'i x= V (明??)= V (12.1867/4.893 ) =1.578cm2 2i x= V (??/??) = V (12.1867/4.893 ) =1.578cm第7步:计算截面的面积矩保留要计算面积矩的部分,按前述方法生成面域,查询面域特性S= 亥部分的面积濒心坐标Y值豐二垮给电二- 「是I Y I/B E IIH!锻F|屯[1 …DMO a.QC33 二MP rGXc □・30DUvcs tTfltj^lc CWAI/1^®;(OB]/X—-f'iH/HIS ^vi IW)/K/T/€/E 5掴左靳區.上車:二向鼻度怯门cfi,fl P ft>! £9-2.««,£14.011!|會牛:”昭邊誓对施-投列1 •牛面祖!也界雇i X E7・电萌口— 1.4330VH " Jr40^077*蔓«总JS x=A • y=2.4465 X 1.4194=3.472cm3I :截面惯性矩W :截面抵抗矩(截面模量、抗弯截面系数)i :旋转半径(惯性半径、回转半径)S:面积矩A :面积W x=I x/yW y=l y/XS x=A • yS y=A • x2 ,i x= V (???/??)i y= V ( ?????)。
计算抗弯惯性矩的几种方法:一、在AUTOCAD中有一个命令massprop可以计算截面的面积、周长、质心、惯性矩操作简介:1、首先在CAD中画出如下图的图形;2、用region命令将图形转化成内外两个区域;3、用subtract命令求内外区域的差集;4、用move命令将图形移动至(0,0,0),用scale命令将图形单位调整为米;5、用massprop 命令计算截面性质(可惜这个命令不能计算抗扭惯距)Command: mas MASSPROPSelect objects: 1 foundSelect objects:---------------- REGIONS ----------------Area(面积): 1.2739Perimeter(周长): 13.7034Bounding box(边缘): X: -1.7000 -- 1.7000Y: 0.0000 -- 1.6000Centroid(质心): X: 0.0000Y: 1.0458Moments of inertia: X: 1.7883Y: 0.7922Product of inertia: XY: 0.0000Radii of gyration: X: 1.1848Y: 0.7886Principal moments and X-Y directions about centroid:I: 0.3950 along [1.0000 0.0000]这就是惯距J: 0.7922 along [0.0000 1.0000]第二种方法:采用桥博计算截面惯距操作简介:本人使用的是桥博 3.03,大家可以新建一个项目组,在新建项目上右键选择截面设计,选择C:\Program Files\TongHao\DoctorBridge30\EXAMPLES\Tool\DbDebug2.sds,当前任务类型选择截面几何特征,在截面描述中清除当前截面(包括附加截面还有主截面里面的钢筋),选择“斜腹板单箱单室”(大家在可根据自己计算的截面选择相应的截面,如果桥博内置的截面没有的话,可以选用从CAD中导入,CAD导入将在后面的教程中介绍)输入截面相应的数据(附图)输出结果附后<<桥梁博士>>---截面设计系统输出文档文件:C:\Program Files\TongHao\DoctorBridge30\EXAMPLES\Tool\DbDebug2.sds文档描述: 桥梁博士截面设计调试任务标识:任务类型: 截面几何特征计算------------------------------------------------------------截面高度: 1.6 m------------------------------------------------------------计算结果:基准材料: 中交85混凝土:50号混凝土基准弹性模量: 3.5e+04 MPa换算面积: 1.27 m**2换算惯矩: 0.396 m**4中性轴高度: 1.04 m沿截面高度方向 5 点换算静矩(自上而下):主截面:点号: 高度(m): 静矩(m**3):1 1.6 0.02 1.2 0.3143 0.8 0.3074 0.4 0.2435 0.0 0.0------------------------------------------------------------计算成功完成第三种方法:采用midas/SPC计算截面性质,也是编者向大家推荐采用的方法!!他不仅可以计算抗弯惯距而且可以计算抗扭惯距!!操作简介:1、首先需要大家把画好的截面存成dxf文件格式(需要把截面的内外区域放到一个图层里,截面单位与刚进SPC里选用的单位统一,本教程选用的单位为米,坐标系为大地坐标系)2、在File菜单中选择import/AUTOCAD DXF,然后选择文件,这时候大家就可以看到你画的截面就被导入SPC中了;3、选择model菜单中Section/Generate,用鼠标框选截面(被选择后线型变成红色);4、这一步最关键,在apply正上方,有一个Caculate Properties Now复选框,勾选他,然后选择Aplly;5、选择Property菜单中的Display可以查阅Asx和Asy(抗剪面积)、Ixx和Iyy(这两项是抗弯惯距)、Ixy、J(抗扭惯距)。
CAD 面域 截面惯性矩计算(①48 X 3.5mm 钢管)求①48 X 3.5mm 钢管截面特性 第1步:打开CADT 图第2步:用命令reg 创建面域,用命令 su 创建组合面域 输入命令reg T 空格T 选择大、小两个圆T 空格T 创建2个面域输入命令SUT 空格T 选择大圆截面T 空格T 选择小圆截面T 空格T 创建完毕第3步:用命令 massprop 找出创建面域的质心坐标 输入命令massprop T 空格T 选择面域图形T 空格T 查看特性?K ■ 4 : ■*?鼻? .|| aALwtfIsffl 土 弋a-土Ki 5?Z-Si47|M 盯儿丸】丁£ 112-3A = 5. ifi ;: 豐土 IT T lM741<i. Xi BZ3.CZ3E Ti卞・』亍耐 71?Ait 11 n it?T 為Jt 11.mT ifliL-ifrDOO“ dfEQ* F 盂一杆■■方写-_岸 ElFk W £ j <fiBwi ?入咼 fc A l Z* ■ e=e< 任刑"H-Nl ■=■ .tli E WTCH口嗪曰|N 卫吟 *|?o 总 I 丿声 If ■ It 誉丄暫 V!・黔 E P? l? n.irtrt -I J C SM ?■少 B M hAtu Mtt4ri选峰对拿匕#ir .1 --第4步:用ucs命令将坐标轴原点移至面域图像的质心UCS T空格T m T空格T输入坐标T空格I 玄 EE 厂叵 HE 匹衣:ID rr>/#?£ni. T B" <a 上一 ?'? : n jfll 酹帛 / ifcllt fwrsm/y性迄驴? . U 丕:i 町暫宝:U 吋暑 ——豊网.d j 加駆・*匠艸上ai.# i.eA 回上1巴? ras鬥 AiAdDMimi ; 'Dfl 换 M. ■斥 |; ■ V "2 2 氓|F Mb.*A£Ei *T : u Z*T. 飞 M 呻 m-Frfi E 二即 ?bi-i £叩 E 「■. 26』5 A 3(h fl 、:一 :汕 :'■■■H it电梅m ?鼻 *费」113 Z J Z a J O 2广 回azo?FW?■M"RdJlflr ?N E 廛血J QA节+ 却 oJ B*」 口 口I「”*W 谭.丹才■ ?氐五血 H'T IH :昌 眄“*AilP ?*: On XliT, E=fi jr :IP 斗刁 * J * EC da 孑「占 *i.E ■巧■■I_"jqra口EAnj*NW :? > ?3 + o J 任 9E ■ =M ■ b>-l E 叩“W 疋丸 £ ALdlr 3■■B dBv'Uradi』嘤貝:?=第5步:输入命令 massprop f 空格f 选择面域图形f 空格f 查看特性吒型制I 型舸■遡瀏I 丄諭I 檜胡I 朗胃 圃轲恐魁穹I 拒形骨存换管 r 圆舸直世DI [4d mn壁辰t :[35忖首r 吉晋1甬抑棉》,*? J 严?IT M£黒而圻印P 退出E至直壯l A h-J12.107皿4K ;1.57Bcm扱馳矩Ip凸③4pnn-410 155ER13戦直IE 艇配 4.533 cm2单用車隼甲1041 LyAii毎粉衷面积: .151ti2/n输入議面爲额;程帛话厅中…回201人11/504-0 W Edition 0品之裁直特*性§1A04第6步:计算截面的抵抗矩Wx 仁惯性矩lx 边界框Y 的一个值 Wx2=惯性矩lx 边界框Y 的另一个值 Wy 仁惯性矩ly 边界框X 的一个值 Wy2=惯性矩ly 边界框X 的另一个值W y =l y /x=12.1867/2.4=5.078cm 3抗扭系数=5.078 X 2=10.156 cm2 2 'i x = V (明??)= V (12.1867/4.893 ) =1.578cm2 2i x = V (??/??) = V (12.1867/4.893 ) =1.578cm 第7步:计算截面的面积矩保留要计算面积矩的部分,按前述方法生成面域,查询面域特性 S=亥部分的面积濒心坐标 Y 值CWAI /1A?; (OB]/x — -f'iH/HIS Avi IW )/K /T /?/E 5cfi,fl P ft>! S&2.? ?, £4.011!|X E 7?电萌口VHXc □? 30DU豐二垮给电二-「是IY I /B E IIH!1.4330"Jr40A 0屯[1 ,DMO a.QC33 二 MP rGW x =l x /y=12.1867/2.4=5.078cm3面祖! 也界雇i锻FIvcs tTfltjA|c掴左靳區.上車:二向鼻度怯门會牛:”昭邊誓对施-投列1 ?牛I : 截面惯性矩W : 截面抵抗矩(截面模量、抗弯截面系数)i : 旋转半径(惯性半径、回转半径)S: 面积矩A : 面积W x=I x/yW y=l y/XS x=A ? yS y=A ? x2 ,i x= V (???/??)i y= V (?????)。
利用AutoCAD计算截面特性以计算一个50×50×5国标钢方管截面为例:1.在CAD中绘制截面2.将截面生成面域reg→选择截面→创建2个面域3.布尔运算su→选择截面外轮廓→选择截面内轮廓→创建完毕4.将UCS坐标移动至截面型心位置(见图1)massprop→选择创建的面域→记住质心的X和Y坐标→ucs→m→输入质心的X和Y坐标→移动完毕5.查询截面特性(见图2)massprop→选择面域这样就可以得到截面的面积、周长、边界框、质心、惯性矩、惯性积、旋转半径等相关参数6.计算截面的抵抗矩Wx1=惯性矩Ix÷边界框X的一个值Wx2=惯性矩Ix÷边界框X的另一个值Wy1=惯性矩Iy÷边界框Y的一个值Wy2=惯性矩Iy÷边界框Y的另一个值7.计算截面的面积矩(见图3)保留要计算面积矩的部分,按前述方法生成面域,查询面域特性S=该部分的面积×质心坐标Y值圆弧计算1.已知弦长拱高求半径弦长A2 拱高B2(弦长^2+4*拱高^2)/(8*拱高) =(A2*A2+4*B2*B2)/(8*B2)(弦长^2/4+拱高^2)/(2*拱高) =(A2*A2/4+B2*B2)/(2*B2)2.已知拱高半径求角度拱高B2 半径C2DEGREES(ACOS((半径-拱高)/半径))*2 =DEGREES(ACOS((C2-B2)/C2))*2 3.已知弦长半径求角度弦长A2 半径C2ASIN(A2/2/C2)*360/3.1416 =ASIN(A2/2/C2)*360/3.14164.已知半径角度求弧度半径C2 角度D22*3.1415926*半径*角度/360 =2*3.1415926*C2*D2/3605.已知弦长半径求弧度弦长A2 半径C22*3.1415926*半径*ASIN(弦长/2/半径)/3.1416=2*3.1415926*C2*ASIN(A2/2/C2)/3.1416。
T型截面惯性矩计算的计算机辅助设计软件推荐T型截面惯性矩是工程设计中重要的参数之一,用于评估结构构件抵抗扭曲和弯曲的能力。
计算T型截面惯性矩的传统方法通常繁琐而耗时,因此,利用计算机辅助设计软件可以大大提高计算效率和精确度。
本文将推荐几款适用于计算T型截面惯性矩的计算机辅助设计软件。
1. AutoCADAutoCAD是一款广泛应用于建筑、土木工程和机械设计等领域的计算机辅助设计软件。
它提供了丰富的绘图功能和计算工具,能够方便地进行T型截面的绘制和计算。
使用AutoCAD计算T型截面惯性矩的步骤如下:(1)打开AutoCAD软件,并创建一个新的绘图文件。
(2)使用绘图工具绘制T型截面的形状。
(3)选择计算工具,并选择截面计算功能。
(4)输入T型截面的尺寸参数,如宽度、高度和腹板厚度等。
(5)点击计算按钮,软件会自动计算出T型截面的惯性矩和截面积等重要参数。
2. Pro/ENGINEERPro/ENGINEER是一款专业的三维建模软件,广泛应用于航空航天、汽车和机械领域。
它提供了强大的建模和分析功能,能够帮助工程师快速计算T型截面的惯性矩。
使用Pro/ENGINEER计算T型截面惯性矩的步骤如下:(1)启动Pro/ENGINEER软件,并创建一个新的工程文件。
(2)使用建模工具绘制T型截面的三维模型。
(3)选择分析工具,并选择惯性矩计算功能。
(4)输入T型截面的几何参数,如宽度、高度和腹板厚度等。
(5)点击计算按钮,软件将立即计算出T型截面的惯性矩和截面积等参数,并显示在计算结果窗口中。
3. ANSYSANSYS是一款专业的有限元分析软件,可用于各种结构的仿真和分析。
它提供了强大的建模、分析和优化功能,能够帮助工程师更准确地计算T型截面的惯性矩,并评估其结构性能。
使用ANSYS计算T型截面惯性矩的步骤如下:(1)打开ANSYS软件,并创建一个新的分析项目。
(2)使用几何建模工具绘制T型截面的三维模型。
CAD 面域截面惯性矩计算(Φ48×钢管)
求Φ48×钢管截面特性
第1步:打开CAD画图
第2步:用命令reg创建面域,用命令su创建组合面域
输入命令reg→空格→选择大、小两个圆→空格→创建2个面域
输入命令su→空格→选择大圆截面→空格→选择小圆截面→空格→创建完毕
第3步:用命令massprop找出创建面域的质心坐标
输入命令massprop→空格→选择面域图形→空格→查看特性
第4步:用ucs命令将坐标轴原点移至面域图像的质心ucs→空格→m→空格→输入坐标→空格
第5步:输入命令massprop→空格→选择面域图形→空格→查看特性
第6步:计算截面的抵抗矩
Wx1=惯性矩Ix÷边界框Y的一个值
Wx2=惯性矩Ix÷边界框Y的另一个值
Wy1=惯性矩Iy÷边界框X的一个值
Wy2=惯性矩Iy÷边界框X的另一个值
W x=I x/y==
W y=I y/x==
抗扭系数=×2= cm3
i x===
i x===
第7步:计算截面的面积矩
保留要计算面积矩的部分,按前述方法生成面域,查询面域特性S=该部分的面积×质心坐标Y值
S x=A·y=×=
I:截面惯性矩
W:截面抵抗矩(截面模量、抗弯截面系数)i:旋转半径(惯性半径、回转半径)
S:面积矩
A:面积
W x=I x/y
W y=I y/x
S x=A·y
S y=A·x
i x=
i y=。
CAD 面域 截面惯性矩计算(①48 × 3.5mm 钢管)求①48 × 3.5mm 钢管截面特性第1步:打开CADr 图第2步:用命令reg 创建面域,用命令 SU 创建组合面域 输入命令reg →空格→选择大、小两个圆→空格→创建2个面域输入命令su →空格→选择大圆截面→空格→选择小圆截面→空格→创建完毕第3步:用命令massprop 找出创建面域的质心坐标 输入命令massprop →空格→选择面域图形→空格→查看特性第4步:用UCS 命令将坐标轴原点移至面域图像的质心 ucs →空格→ m →空格→输入坐标→空格⅛M D ⅛PJ4M ■4 IiiJ Λ-≠ ⅛ ⅛π ⅛ h * I fc- 瑞疋虬 £ P ⅞HIP SdU W ・ Ii ■ ∙ m lj ∙ ©QPΠ.H ⅞rt-------- ⅝L ⅞∏0 ■ ---- TvUra⅛ 3⅛∣f M ≡< VI ∙Λ口 1!τιO ZΛ~! i=B< *3 H-FWI -H= ⅛≡ Vbi-1 E .P ∏N ¾,⅛H 霊+o JIl* - □7- - Z L % F M- *%Δw tr r11fΓil ∙l ♦巧叫A b 4H N迴α⅛⅞!A=I f弓亡丈 tx I ⅞^^<2I1 <0.0.4>? ⅞1S. >∙<∙^. 929.9Z12-S侏\ :b 珀*> MQP «a M ∙∖Q MPl ZJkTi Mm CttOMI *∂K*f∣ IC MiH Wvw u^∙jrf>⅜r-<naz β∕4反 RHlh^I 2∣fl α ⅛八l∣αα*j ∙αCJ厂Γ⅛C υcs ⅛II ⅛A r≡∣r√⅛^t ⅛ι∣∕*i>rcβ ∕i -÷∣τ)∕⅛B3m√iJI ∣< √χ∕τ∕^: ⅝:,设鼻X ■ J ⅝⅜wj ⅝<t M ⅛⅜⅞⅞H "∙∙∙∙xb*∙Mc.a,∙o:巴卜 __________________________________________ ^∣4S ⅛⅛⅛31E^^ 眞 3CAog jCW 、*∙∣F* 三亍Ξ α CaH 山∙ YDd/ / “・'d ∙U ∙Λ ≡<r )tn ∙∑ 文0D Mt) «Bvi AA 0» ΣJf aeSt ItoN MMl βZr ∙Λ BeK SrE €〈<.武丹、■ Q ⅜ >'—< Tr>∙ ∙ ^∙,∙*J 7"・厶w ∙a/∕4o u 厂0O "O 2∙⅜口 W ^J A • .■> 八・«. D ⅛t^r9jM"<r■ t^Ur « ・| M ∙i ∙∙⅜ ・ 0∙ rWo ^¾A Δ¾÷O r / IΣs ∕M 2∕G <l fw CΓrt1x ∙■⑥恸∙A Z 5:吒型制I C ⅛⅛ ' 2≤5⅛ I ±⅛⅛ I 檜胡I 朗胃圃轲恐魁穹I fei ⅛⅛yXKyM ⅛'⅛:1Z1B7CnI4 iκ;1,57BCrn 扱馳矩E ;2A-374 Pnl 410 155Enl 3瓠直直義A :4.533 cm2单 ⅛⅛⅛ 9 J 041贮MTlO ⅛-⅛ffi ⅛:.151m2∕n存换管r 圆羽S ⅛ D I[4Hmn壁辰1: [35Ir In晋看晋I 甫捌棉AI第5步:输入命令massprop →空格→选择面域图形→空格→查看特性Y 卜IVl (N Λk P 时录 ∕±-jT (P I /板图 丿:]∣1匚%i j12L-2⅛⅞z CS ⅛⅞1S.=5S [lE∣Fs.,⅛ε 措証斷.腰百* tι nMstz :--A ⅛ I fl ⅛S-BD-MP 6-:扶刮1 •和4.»M ⅛7 a9S□2 X: ≡4.盘凶0 — J .4⅞I3D⅝t -Ji ⅝MJ — J r¾JJD⅛<MΛ ffl ⅛⅛ ∣W ⅛⅛: KW D ・□Q□□址 ‰⅛⅛⅛⅛⅛ι工卫・1B€"?MfS DUaOM X ; ]T- I-ST^Ir⅛ ⅝Γ⅛畀1—F 」MttHl ft≡5<⅛- S i⅛⅛⅛⅞<-的 X-T A ⅛: 矶 U ・l=⅛∏ J ⅞ [D B oIX1□ L aQD30]SSl ∙>Wlt*≡AJCff? :A^i√BcHn ⅞β>: IflK-W∣W ⅛∕⅛∕I∕S∕E I-査直存性、! U 严 I 亠苴匚⅛l≡ħ退出E程帛话厅中…[⅞^∣2C1⅜√11∕5⅞ 1&-04Dl-Ol-O2 Ξc ⅛io∏Dfai ⅛St≡⅜ 性第6步:计算截面的抵抗矩WX 仁惯性矩IX 边界框Y 的一个值 Wx2=惯性矩IX 边界框Y 的另一个值 Wy 仁惯性矩Iy 边界框X 的一个值 Wy2=惯性矩Iy 边界框X 的另一个值W X =I x ∕y=12.1867∕2.4=5∙078cm W y =I y ∕X=12.1867/2.4=5.078cm抗扭系数=5.078× 2=10.156 cm 3i x =∙ =^ ■ ■ =1.578cm ix=∙∙ ' =■ ■ =1.578cm第7步:计算截面的面积矩保留要计算面积矩的部分,按前述方法生成面域,查询面域特性S=该部分的面积濒心坐标Y 值S X =A ∙ y=2.4465 × 1.4194=3.472cm3-------------- - 围域 --------------------- ―KH 12.190Jf = 13,.ie<7 I mX; 1.5TeS艷 I-S a fa2± ≠J ⅛i-■ X-T *⅛hr … S2,13^7 ⅛ [1 > DIM□ 口 .aC33 J矶 1卫・1ΓflT[0τ⅛I ⅛□咖]ASXWAJKXAJtffT ∣Am∕βcMH∣ <β>ι I=⅛ =IeCrt■-Z.⅞O9□ — HMMi —D-QQ I K I IB «1»« ⅞a α⅞⅞⅛ «■-口 H3-4 4 04W □-l"EJ⅛ T = :■■比1IrMM 尸臣产 丹二■:■ I - >"S. IOBl) /i —J t [Fl 7⅛5H1 ⅛‰,l ∕⅛∣⅝ ∣W)∕K∕T∕S∕f ≡ r ⅛Sβ⅛SΛSlItI r ⅛^βc≈]l “』「&>?射左.MtT ir Sia-OiU! ⅛,⅜ ; P ¢5 5PToP ⅛⅛τt*-投列 1 ÷*⅛∣- ⅞.∣⅞7Q 2?・ ifi ⅞d2Λi -<.40β'3* ¥6 -}.⅞QH9⅞"JIcJrXr D ・MDOl⅝ ∙ CK ∙M ∙⅛MlfifT⅛∣-∣F ⅛ ⅛i ⅛⅛⅛=生T 坦N 医一的2£-¥J - 4 : ^■: SNWH Iii «11:命 il,κ⅞∏∣ 0,500≡r; «.o »$I-舟 [θ.α⅞⅞Φ J i DOaH≡≡≡≡ ≡≡^≡≡ __________________________A t ⅛.⅛ifre*SAjc hi [⅛(∏y9c ⅝ι £ ⅛φ i ΓU 90pIOf ⅛a-⅛>=養劃工八I :截面惯性矩W :截面抵抗矩(截面模量、抗弯截面系数)i :旋转半径(惯性半径、回转半径)S:面积矩A :面积W x=I x∕yW y=l y∕xS X=A ∙yS y=A ∙X。
AUTOCAD计算功能简介及应用
用AUTOCAD求面积、几何质(形)心、质心惯性矩等部分计算功能,并举例说明这些计算功能与EXCEL等软件相结合,能够快速而精确地完成水工建筑物稳定性等的计算。
1前言
在水利水电工程设计中,时常要对水电站厂房、大坝的结构稳定性及其地基面垂直应力等进行计算,然而计算时必须要知道结构自身的重心、重量,以及外力的作用点、基础接触面惯性矩等。
如果截面为规则的几何图形,这些量的计算就比较容易;若为不规则,则计算比较烦琐,以前常用的方法是分块求和或积分,既不方便,又耗时。
上述这些量值若在Auto cad中,用Auto cad的面积、几何质(形)心、质心惯性矩等计算功能计算是非常容易的。
2 Auto cad计算功能和操作技巧
2.1 计算功能介绍
对于规则的几何多边形,如图1(a)所示一个4m×2m的长方形,其面积A、形心O(X,Y)、形心轴惯性矩I,很容易算出,有的甚至口算也可算出,即面
积A=8m2,形心O(1,2),形心惯性矩I
x1=10.67m4,I
y1
=2.67m4,但对如图
1(b)所示的不规则多边形,就不可能套用现成的计算公式来计算。
过去通常的方法是,面积可分块求和,形心和形心轴惯性矩则分别按式(1)和式(2)[1]来求。
式中X、Y———分别为多边形形心O的x和y坐标;
x、y———分别为多边形中某点距形心x
1轴和y
1
轴的距离;
A
i
———不规则多边形中第i个规则多边形的面积;n———组合成不规则多边形中规则多边形的总个数;i———某个规则多边形;
I x1、I
y1
———分别是形心x
1
轴和y
1
轴的惯性矩。
图1(b)用Auto cad的计算功能可得面积A=18.28m2,形心o(3.2,2.0),
惯性矩I
x1=26.28m4、I
y1
=42.52m4。
虽然按式(1)和(2)能够计算出多边形的形心和形心惯性矩,但速度较慢。
设计工程师皆知,现在每项设计周期都很短,尤其是在设计前期的优化阶段,建筑结构的几何尺寸前后变化较大,多次重复计算的工作量必然成倍增加。
例如,设计一座混凝土重力坝,在坝体体形优化过程中,不仅坝体自重、重心会发生变化,外力荷载也会跟随发生变化,如基础接触面变大或变小以及防渗措施的改变,基础接触面扬压力的大小和合力的作用点都会发生变化,若每变化一次就用式(1)计算一次,太费时间,如利用Auto cad的计算功能,即可轻松而快捷、准确地得到。
图2是某混凝土重力坝扬压力作用图。
应用Auto cad面积和形心计算功能,即可得扬压力U=676t/m,作用点离坝踵12.572 8m。
主要步骤如下:(1)打开Draw(画图)菜单,用Region(区域)命令把多边形abcde定义成一个Region,即形成一个Object;
(2)打开Tools(工具)菜单,再打开Inquiry(查询)菜单,用Mass properties (块特性)命令,点击abcde这个物体,即出现如下一段文字:
其中,Area(面积)676.000就是多边形abcde的面积,此处即是作用在基础面单位长度上的扬压力;Centroid(质心)X坐标12.572 8即是扬压力作用点
离坝踵的水平距离。
Auto cad也有体积和三维重心计算功能。
图3是一个三维实体混凝土重力坝坝段,用Mass Properties命令得出的重心坐标为(9.14,15.58,7.50),体积为9 286.80m3。
具体操作步骤如下:
(1)用Region命令把图2坝体横剖面轮廓线和孔洞(如排水廊道)分别定
义成闭合的Region;
(2)打开Draw(画图)菜单,再打开Solids(实体)菜单,点击Extrude (突出)命令,然后选择上一步所形成的Regiones,沿Z轴方向突出15m,即可各自形成独立的三维体;
(3)打开Modify(修改)菜单,再打开Boolean(布朗运算)菜单,点击Subtract(减去)命令,依次点击上述三维实体,即可得到图3中的三维实体;
(4)用Mass Properties命令可得该坝段的重心和体积。
此功能在计算中应用不多,原因是Auto cad没有由面组成实体的功能,所以许多复杂的三维实体在Auto cad中无法形成。
2.2 操作技巧
要用好上述这些计算功能,需要操作上的技巧。
如在计算图2的混凝土重力坝的抗滑稳定性和地基面垂直应力时,应将a点即多边形左边最下角点移至(0,0)点,绘图中的“1”个单位代表长度“1m”或“1m”水头,如此得出的数据可避免一些不必要的单位换算或加减计算。
又如用Auto cad的面积计算功能计算如图4所示的开挖剖面面积时,首先从绘制好的开挖图中取出开挖轮廓线,可是这些开挖轮廓线,看似成一个闭合的Loops(环),但用Region命令却生成不了一个Region。
解决此问题的方法为,首先打开Draw(画图)菜单,点击boundary 菜单,会出现Boundary Creation对话框(见图5),把对话框中Object type 设置为Region,然后点击PickPoints按钮,紧接着拖动鼠标在开挖轮廓线内任一处点击一次,即可产生一个闭合的Region;若此法不行(只有极少数情况),可用Polyline线沿开挖轮廓线走一圈,再用Region命令,百分之百形成一个闭合的Region。
用此方法只需5分钟即可算出该开挖剖面面积为3 138.7m2。
另外,要注意绘图比例。
若绘图比例不是1∶1000,要得出长度以m、面积以m2和形心惯性矩以m4为单位的结果,那么用Mass Properties命令得出的长度、面积和形心惯性矩值分别要除以(1000×比例尺)、(1000×比例尺)2和(1000×
比例尺)4。
3 实际应用
混凝土重力坝的自重和质心用Auto cad来计算相对比较简单,现以水电站厂房的整体稳定计算来说明这种方法的可靠性、准确性和高效性。
3.1 工程概况
石泉水电站二期工程厂房为岸边式,其上部为封闭式混凝土结构,机组段长18m,房顶高程388.5m,地基面高程347.18m,厂房整体结构见图6。
厂房下游校核洪水位387.5m,设计洪水位382.5m,正常尾水位363.7m。
地基面允许压应力为6 000kN/m2,地基接触面允许拉应力小于100kN/m2。
由于厂房下游尾水位较高,因此要求分析厂房的整体稳定性。
3.2 稳定分析计算
用文献[2]指定的有关公式计算厂房的抗滑安全系数、抗浮安全系数和地基面垂直应力,首要的也是较麻烦的工作就是计算出建筑物自身的重力和质心。
过去求这两个量的常用方法是沿建筑物不同高程切出若干剖面,然后算出每个剖面的质心和分块重力再求和。
此法看似简单,但计算既烦琐又费时。
如今在Auto cad中极易完成。
主要操作是,在Auto cad中把图6分成若干个小多边形,用Region命令产生若干个Regions,再用Mass Properties命令得到每个Region 的质心坐标和面积,把这些值代入式(3),即可得出厂房结构自身的重力及力
臂。
式中G———建筑物自重,kN;
———第i多边形的面积,m2;
A
i
S
———第i多边形在法向上的厚度,m;
i
γ
———混凝土容重,kN/m3;
c
M———建筑物对基础面质心的弯矩,kN·m;
B———建筑物基础面的宽度,m;
———第i多边形在X轴上的坐标,m;
b
i
———建筑自重对基础面质心的力臂,m。
L
表1是有限元法和CAD结合法两种方法得到的结果。
有限元法计算模型是按建筑物体形图建成的,计算出的质心和重力的精度很高。
由表1可见两种方法计算出的重力差值为4 747kN,相对百分率为1.89%;力臂差值为-0.155,相对百分率为9.15%;重力矩差值为-31 548.22kN·m,相对百分率为7.43%。
由重力差值和重力矩差值引起的应力大小差值分别为7.02kN/m2和-8.45kN/m2,两者相对百分率分别为1.82%和2.05%(以上计算均假定有限元解为真解)。
由此不难得出CAD结合法计算出的成果是可靠的。
Auto cad本身没有计算建筑物的稳定安全系数和地基面垂直应力的功能,但它与EXCEL相结合,即可完美地实现建筑物稳定性的分析功能。
具体做法是,首先把文献[2]中所指定的抗剪强度安全系数K、抗剪断强度安全系数K′、
以及地基面垂直应力σ等计算公式输入EXCEL中,其次把抗浮稳定安全系数K
f
由CAD得出的各种力的大小和力臂,输入EXCEL表中的相应位置,即可算出上述所有结果(见表2)。
表2是某一工况厂房整体稳定的计算结果。
由表2可以得到所有的结果和对比结果。
另外,从表2不仅可以看出每个力的大小,而且可以通过改变某个力的大小,分析其对建筑物稳定性的影响程度。
3.3 方法效率评价
笔者把Auto cad的计算功能与EXCEL相结合,不仅大大降低了设计工作量,提高了解题进度和精度,而且整个操作过程直观、清楚,便于修改、校核、审查。
以前不用Auto cad的计算功能与EXCEL相结合方法,单凭手按计算器计算,分析一座水电站厂房的整体稳定性,耗时可达160h,而采用此种方法后仅需16h (包括编写计算书),整个分析过程效率提高了10倍。
另外,把此方法应用到方案优化上,将更加显示出其优越性和魅力。