Анализ балок в курсах статики с использованием Reshmobeam

Анализ балок в курсах статики с использованием Reshmobeam

Джоэль Эрнандес, Рафаэль Ниязов, Кибревоссен Тесфагиоргис 2021-05-01 01:46:21

В этой статье описываются использование и преимущества программы ReshmoBeam на основе MATLAB, разработанной для выполнения анализа балки, как это делается в курсах статики инженерных учебных программ. Важной целью статьи является содействие распространению программы среди преподавателей, преподающих эти курсы. Программа предлагается бесплатно заинтересованным преподавателям для потенциального применения в своих курсах. Программа не предназначена для конкуренции с существующим программным обеспечением для этой цели. Существующие программы могут быть всеобъемлющими; однако пользователь должен заплатить за использование всех или некоторых их функций. ReshmoBeam охватывает ограниченный, но важный диапазон ситуаций при анализе пучков. Программа определяет реакции в опорах балки, значения поперечных и изгибающих моментов в точках, заданных пользователем по желанию, а также максимальные значения поперечных и изгибающих моментов. Программа также генерирует диаграммы нагрузки, сдвига и изгибающего момента для анализируемой ситуации с балкой. Учащиеся могут быстро проверить правильность своих ручных расчетов, а также изучить различные условия нагрузки. Кроме того, его использование может способствовать более глубокому пониманию материала, преподаваемого в курсе.

Определение реакции опор балки, расчет поперечных сил и изгибающих моментов, а также построение диаграмм сдвигающих и изгибающих моментов являются важными темами, изучаемыми в курсах инженерной статики (Beer et al., 2015). Кроме того, определение максимального значения момента сдвига и изгиба, а также места, где эти максимумы возникают вдоль балки, имеют важное значение для проектирования балок, способных безопасно противостоять приложенным нагрузкам (Limbrunner et al.

, 2015). Учащиеся должны вручную рассчитать эти величины и нарисовать диаграммы поперечных и изгибающих моментов. Расчеты могут быть трудоемкими, но необходимыми для понимания этих тем. Мы разработали ReshmoBeam, бесплатную программу MATLAB для студентов, которая выполняет эти расчеты и создает необходимые диаграммы. Однако он не используется для замены важных и необходимых ручных вычислений. Объем программы ReshmoBeam следующий:

Типы балок и опор:

1. Простые и выступающие балки, поддерживаемые штифтом и роликом

2. Консольные балки

Типы грузов:

1. Точечные нагрузки

2. Распределенные нагрузки (равномерные, треугольные и трапециевидные)

3. Сосредоточенные моментные нагрузки

Предлагаемые расчеты и схемы:

1. Реакции балочных опор

2. Сдвиг и изгибающий момент в точках, запрошенных пользователем

3. Максимальное значение поперечных и изгибающих моментов

4. Диаграммы нагрузки, сдвига и изгибающего момента

Эта статья включает в себя теоретический раздел, в котором репрезентативный пример решается вручную, чтобы проиллюстрировать задействованные принципы и методы. Исходный код ReshmoBeam не включен из-за нехватки места. Читателям рекомендуется запрашивать это программное обеспечение у соответствующего автора.

Теоретические основы

В этом разделе используется нагруженная балка, показанная на рис. 1а, для краткого описания теоретических принципов и методологии, используемых для выполнения анализа балки.

Определение реакций RA и RC на опорах А и С:

Величина эквивалентной равнодействующей силы распределенной нагрузки определяется как W = w L = 70 кН . Точка приложения этой равнодействующей силы находится в 5 м от левого конца балки (см. рис. 1б). RA определяется из уравнения равновесия моментов относительно точки C :

Из этого выражения значение RA получается как RA = 45 кН. Аналогично определяется Rc путем взятия моментов относительно точки A, что дает значение Rc = 75 кН .

Определение сдвига V и изгибающего момента М вдоль балки:

Сдвиг рассчитывается как сумма внешних сил, действующих на сечение балки слева от секущей плоскости (см. рис. 2). Изгибающий момент рассчитывается из уравнения равновесия моментов на этом сечении балки с центром моментов в пересечении плоскости с горизонтальной осью.

От A до B (плоскость в 1): Силы RA и распределенная нагрузка до точки 1, как показано на рисунке 2a.

От B до C (плоскость 2): Силы равны, RA, P и распределенная нагрузка до точки 2, как показано на рисунке 2b.

Диаграммы поперечных и изгибающих моментов показаны на рис. 3. Максимальный сдвиг для этого примера равен В MAX = 75 кН . Это находится путем оценки уравнения (3) при x = 10 м и получение абсолютного значения результата. Максимальный изгибающий момент возникает в точке нулевого сдвига. Эта точка ( x = 6,43 м ) находится путем установки V = 0, в уравнении (1) и решения для x . Максимальный изгибающий момент ( M MAX = 144,64 кН·м ) затем определяется путем оценки уравнения (2) для x = 6,43 м .

Сведения о программном обеспечении

Выполнение программы: Название ReshmoBeam является ссылкой на Реакции, сдвиг, моменты и Луч. Программа запускается путем ввода ReshmoBeam в командном окне MATLAB.

Ввод данных: Это делается с клавиатуры.

Отображение результатов: Окно команд показывает численные результаты. В графическом окне отображаются диаграммы нагрузки, сдвига и изгиба, а также величины реакций.

Пример выполнения: Последовательность выполнения для примера в этом документе описана ниже.

Информационные экраны

Программа предоставляет два информационных экрана в командном окне и один в графическом окне. В командном окне указаны предлагаемые расчеты и диаграммы, допустимые типы балок и нагрузок, а также правила знаков для сил, моментов, положений и углов. В графическом окне показано, как нагрузки представлены на диаграммах. Когда появится графическое окно, пользователь должен перетащить его в сторону командного окна и изменить его размер, чтобы оно занимало большую часть экрана по вертикали.

Ввод данных: В таблице 1 показаны сокращенные запросы ввода данных и соответствующие вводимые пользователем данные. Во время выполнения пользователь получает пояснения для правильного ввода информации, как показано на рисунке 4. и угол для точечной нагрузки # 1

Позиция +, измеренная от ЛЕВОГО конца балки и указанная в метрах

Величина равна + и дается в кН

Угол равен +, измерен против часовой стрелки от горизонтальной оси + и дан в градусах

Введите данные в формате [Позиция, Величина, Угол]; например, [8,50,90].

Не забудьте квадратные скобки!

Отображение результатов

• Диаграммы нагрузки, сдвига и изгиба отображаются в графическом окне (рис. 6).

Сравнение с существующим ПО

Таблица 2 сравнивает ReshmoBeam с доступным программным обеспечением для выполнения анализа луча. Это сравнение ограничено функциями, предлагаемыми ReshmoBeam. Товары, требующие оплаты или вообще не предлагаемые, отмечены символом x. ReshmoBeam предлагает все перечисленные функции бесплатно, включая исходный код MATLAB.

Онлайн-калькулятор луча от BeamGuru (2020) предлагает текст пошаговых расчетов бесплатно. Мы не предлагаем эту функцию, потому что учащиеся должны самостоятельно решать задачи вручную, чтобы развить необходимые навыки.

Некоторые программы предлагают функции, которые не нужны в нашем курсе инженерной статики, и по этой причине ReshmoBeam не предлагает эти функции. Например, прогиб предлагает бесплатно Online Beam Calculator от SkyCiv Engineering (2017), GoBeam от Polyakov (2015), Beamal от Tomanovich (2017) и Beam Calculator от WebStructural (2019).

Влияние на академическую деятельность

В таблице 3 показаны средние оценки, полученные нашими студентами по экзаменационным вопросам по анализу луча.

Оценки были выше, и учащиеся проявляли большую мотивацию при использовании программы. Курс проводил один и тот же преподаватель один раз в год. Использовались два разных набора экзаменационных вопросов: один для четных лет, а другой для нечетных. Требуемые домашние задания в те годы были сопоставимы друг с другом; они различались только конкретными положениями и значениями нагрузки. Более сложные домашние задания были включены для получения дополнительных баллов при использовании программы. Программа использовалась инструктором в классе для быстрого создания диаграмм сдвига и изгибающего момента. Студенты должны были использовать программу для создания диаграмм сдвига и изгиба для всех заданий; однако для получения всех формул и числовых результатов требовались ручные расчеты.

Заключение

ReshmoBeam полезен для студентов и прост в использовании. Учащиеся могут легко создавать диаграммы поперечных и изгибающих моментов, проверять правильность своих ручных расчетов и исследовать разнообразные и сложные условия нагружения. У них есть свобода изменять исходный код, что дает возможность улучшить свои навыки программирования в MATLAB. Преподаватели могут использовать ReshmoBeam, чтобы ставить перед студентами более сложные и интересные задачи, что может привести к более глубокому пониманию материала курса. Использование программы в нашем курсе инженерной статики привело к улучшению успеваемости по теме анализа балок. ReshmoBeam предлагает бесплатные функции, которые доступны только в аналогичных программах с платной подпиской. Программа может быть запрошена в любое время у соответствующего автора для облегчения ее распространения среди преподавателей.

Джоэл Эрнандес ([email protected]) — профессор и заведующий кафедрой наук, Рафаэль Ниязов — адъюнкт-профессор и заместитель заведующей кафедрой наук и Кибевоссен Тесфагиоргис это адъюнкт-профессор муниципального колледжа округа Манхэттен в Городском университете Нью-Йорка в Нью-Йорке.

Ссылки

BeamGuru. (2020). Калькулятор луча онлайн. https://beamguru. com

Бир, Ф. П., Рассел Джонстон, Э., и Мазурек, Д. Ф. (2015). Векторная механика для инженеров: Статика (11-е изд.). Макгроу-Хилл.

Лимбраннер, Г. Ф., Д’Аллерд, К., и Шпигель, Л. (2015). Прикладная статика и сопротивление материалов (4-е изд.). Пирсон Прентис Холл.

Поляков Ю. (2015). GoBeam. https://www.cesdb.com/gobeam.html

SkyCiv Engineering. (2017). Онлайн-калькулятор балок. https://skyciv.com/free-beam-calculator

Томанович, А. (2017). Биманал. https://www.cesdb.com/beamanal.html.

WebStructural. (2019). Лучевой калькулятор. https://www.webstructural.com/beam-calculator.html

© NSTA. Посмотреть все статьи.

Анализ балки в курсах статики с использованием Reshmobeam
/article/Beam+Analysis+In+Statics+Courses+Using+Reshmobeam/4013143/705330/article.html

Список выпусков

Июль/август 2023

май/июнь 2023

март/апрель 2023 г.

Январь/февраль 2023

ноябрь/декабрь 2022 г.

сентябрь/октябрь 2022 г.

июль/август 2022

май/июнь 2022

март/апрель 2022

Январь/февраль 2022

ноябрь/декабрь 2021

сентябрь/октябрь 2021

июль/август 2021

май/июнь 2021

март/апрель 2021

Январь/февраль 2021

ноябрь/декабрь 2020 г.

сентябрь/октябрь 2020 г.

июль/август 2020

май/июнь 2020 г.

март/апрель 2020 г.

янв/февраль 2020

ноябрь/декабрь 2019 г.

сентябрь/октябрь 2019 г.

июль/август 2019

Май/июнь 2019 г.

март/апрель 2019 г.

Январь/февраль 2019 г.

ноябрь/декабрь 2018 г.

Сентябрь/октябрь 2018 г.

июль/август 2018

Май/июнь 2018 г.

март/апрель 2018 г.

Январь/февраль 2018 г.

ноябрь/декабрь 2017 г.

Сентябрь/октябрь 2017 г.

июль/август 2017 г.

Май/июнь 2017 г.

Март/апрель 2017 г.

Январь/февраль 2017 г.

ноябрь/декабрь 2016 г.

Сентябрь/октябрь 2016 г.

июль/август 2016 г.

Май/июнь 2016 г.

Март/апрель 2016 г.

Январь/февраль 2016 г.

ноябрь/декабрь 2015 г.

сентябрь/октябрь 2015 г.

июль/август 2015 г.

Май/июнь 2015 г.

Март/апрель 2015 г.

Январь/февраль 2015 г.

ноябрь/декабрь 2014 г.

Сентябрь/октябрь 2014 г.

июль/август 2014 г.

Май/июнь 2014 г.

Март/апрель 2014 г.

Январь/февраль 2014 г.

ноябрь/декабрь 2013 г.

Сентябрь/октябрь 2013 г.

июль/август 2013 г.

Май/июнь 2013 г.

Март/апрель 2013 г.

Январь/февраль 2013 г.

ноябрь/декабрь 2012 г.

Сентябрь/октябрь 2012 г.

июль/август 2012 г.

Май/июнь 2012 г.

Март/апрель 2012 г.

Январь/февраль 2012 г.

ноябрь/декабрь 2011 г.

Сентябрь/октябрь 2011 г.

июль/август 2011 г.

Май/июнь 2011 г.

Март/апрель 2011 г.

ноябрь-декабрь 2010 г.

Библиотека

Калькулятор балки и онлайн-калькулятор балки рамы/фермы (рассчитывает изгибающий момент, поперечную силу, осевую силу)

Глобальный рейтинг трафика

> 1M

Рейтинг в Иране

28 547

18,5% Доля трафика

Безопасность/доверие

Неизвестно

Безопасность детей

Неизвестно

Зарегистрировано

Февраль 2016 г.

7 лет

Посетителей в день*

4,8 тыс. 7,1 тыс.

217 тыс. / месяц

Стоимость веб-сайта*

64 тыс. долларов США

Доход в день*

70 долларов США

2,1 тыс. долларов США в месяц

*est imated

Информация на этой странице последний раз обновлялась 27 марта 2023 г.

Доля трафика по странам

Здесь показана доля трафика по странам, иллюстрирующая распределение посетителей веб-сайта из разных стран.

1. Иран 28 547

   880 (18,5%), 930 (13,0%)

   27K

2. Австралия 21 224

   710 (14,9%), 1,3K (18,6%)

   22K

3. США 236 462

   530 (11,2%), 780 (11,0%)

   16К

4. Новая Зеландия 23 083

   70 (1,4%), 130 (1,8%)

   2K

5. Другие страны

   2,6К (53,9%), 4К (55,6%)

   78К

Доля трафика по поддоменам

Просмотрите долю трафика по поддоменам, которая показывает долю трафика веб-сайта, приходящуюся на разные поддомены.

1. beamguru.com

   100%

Расположение сервера

Здесь представлено расположение сервера, указывающее физическое местонахождение сервера веб-сайта.

Россия

Информация о веб-сервере

Здесь вы можете найти информацию о веб-сервере, такую ​​как программное обеспечение, время загрузки страницы и язык веб-сайта.

Программное обеспечение веб-сервера

Apache/2.2

Среднее время загрузки страницы

2,432 секунды

медленнее, чем 74% других веб-сайтов

Основной язык

н/д

Входящие ссылки

16

Данные WHOIS

Данные Whois для домена доступны здесь, предоставляя подробную информацию о его регистрации и более.

Домен зарегистрирован

F YX:Jvu%\z/s eb 1,f`K7FM&YXa4, )x<"H]V hH56{=wQ21T 201 u qAKB/`/4 6

7 лет, 5 месяцев и 4 дня назад 9#$9 eb 6J 1 NJ`@Y[N%i~| 4, 2 8AlDxjYI 0~i8?T2 ,Gkhf 4

через 6 месяцев и 27 дней

Сервер WHOIS

whois.nic .ru

Статус домена

clienttransferprohibited

Серверы имен

ns1. 1gb.ru
ns2.1gb.ru

DNSSEC

unsigned

Записи ресурсов DNS

Информация о различных записях, связанных с конфигурацией DNS домена, таких как записи A, CNAME, MX и TXT.

Записи A

 @ IN A 81.177.33.112 

Записи AAAA

Записи AAAA не найдены.

Записи TXT

 @ IN TXT "google-site-verification=Pfaqvawks6a8WxB9AFj6v1SABB3ShhNfmPdJiAUFDVw" 
 @ IN TXT "v=spf1 include:mxsmtp.sendpulse.com +a +mx ~all" 9027 5 @ IN TXT "v=spf1 включает: mxsspf.sendpulse.com включает: mxsmtp.sendpulse.com +a +mx ~all" 

Запись SOA

 @ IN SOA ns1.1gb.ru. noc.1gb.ru 
 ( 
 59; серийный номер 
 900 ; обновить (15 минут) 
 600 ; повторите попытку (10 минут) 
 86400 ; истекает (1 день) 
 3600 ; минимум (1 час) 
 ) 

Связанные ключевые слова

Изучите связанные ключевые слова для доменного имени в поисковых системах.

• beamguru

BEAMGURU Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Часто задаваемые вопросы о BEAMGURU. COM

• Является ли сайт безопасным, законным и заслуживающим доверия?

  В настоящее время у нас недостаточно информации, чтобы определить, является ли сайт безопасным, законным или заслуживающим доверия.

• Безопасен ли сайт для детей?

  В настоящее время у нас недостаточно информации, чтобы определить, безопасен ли сайт для детей или нет.

• О чем домен?

  Расчет реакций опор балки, рамы и фермы. Этот калькулятор балки разработан, чтобы помочь вам рассчитать и построить диаграмму изгибающего момента (BMD), диаграмму поперечной силы (SFD), диаграмму осевой силы.

• Кто является регистратором домена?

  Домен зарегистрирован по адресу Региональный сетевой информационный центр, АО ДБА RU-CENTER . Вы можете посетить сайт регистратора по адресу http://nic.ru . Доступ к WHOIS-серверу регистратора можно получить по адресу whois.nic.ru .

• Что такое IP-адрес?

  Имя хоста преобразуется в адрес IPv4 81. 177.33.112 .

• Когда вышел домен?

  Домен зарегистрирован 2711 дней назад на Воскресенье, 14 февраля 2016 г. .

• Когда истечет срок действия домена?

  Срок действия этого домена истечет через 210 дней Среда, 14 февраля 2024 г. .

• Когда было последнее обновление WHOIS?

  Запись WHOIS последний раз обновлялась 165 дней назад на Пятница, 3 февраля 2023 г. .

• Какие серверы имен домена?

  DNS предоставляется серверами имен ns1.1gb.ru и ns2.1gb.ru .

• Сколько людей посещают сайт каждый день?

  Сайт получает примерно 4,8 тыс. посетителей и 7,1 тыс. просмотров страниц в день.

• Из каких стран сайт посещает больше всего посетителей?

  Сайт в основном посещают люди из Иран , Австралия и США .