Анализ существующих специализированных программных комплексов, пригодных для расчетов и решения междисциплинарных задач при моделировании огневых воздействий на строительные конструкции

Введение. В ходе проектирования зданий и сооружений конструктивным элементам присваиваются требу­емые пределы огнестойкости в соответствии действующими нормативными документами. Проведение натурных огневых испытаний для подтверждения требуемого предела огнестойкости для каждого варианта проектируемой конструкций экономически нецелесообразно, так как огневые испытания — это трудоемкий и дорогостоящий процесс. Программное моделирование огневого воздействия на конструкции является комплексной и трудоемкой задачей, в основе которой лежат фундаментальные физические законы теплотехники и механики твердого тела.

Цель. Анализ программных комплексов и определение их функциональных возможностей по моделированию и выполнению междисциплинарных прочностных расчетов для выбора наиболее подходящего для расчетов конструкций и их узлов в условиях пожара.

Задачи. Анализ основных принципов фундаментальных физических законов и их представление в методе конечных элементов, анализ достоверности результатов расчета каждого из расчетных комплексов, рекомендации по выбору программного комплекса, применяемого при расчете конструкций во время пожара.

Аналитическая часть. При анализе программных комплексов в исследовании рассматривались задачи, связанные с рассмотрением физических законов, заложенных в расчетную модель работы конструкции во время и после огневого воздействия, их интерпретации в методе конечных элементов, анализ наиболее распространенных программных комплексов, представленных на рынке и предназначенных для решения задач, связанных с механикой твердого тела и теплотехникой. Были сформулированы критерии оценки программных комплексов. По критериям оценки результаты сводились в сравнительную таблицу, на основании которой осуществляется выбор наиболее подходящего для решения конкретных задач. Был произведен анализ функциональных возможностей программных комплексов и сформулирована типовая статическая задача для расчета в каждом из ПК.

Выводы. Сравнительный анализ программных комплексов показал, что для решения задач, связанных с воздействием на строительные конструкции высоких температур во время пожара, наиболее подходящим программным комплексом является ANSYS, так как позволяет моделировать и совмещать как статическое, так и термическое воздействие.

1. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М. : МИР, 1979. 392 с.

2. Пронин В.А., Жигновская Д.В., Цветков В.А. Введение в расчетную платформу ANSYS Workbench: Лабораторные работы. Часть 1 : учебное пособие. СПб. : Университет ИТМО, 2019. 46 с.

3. Маковкин Г.А., Лихачева С.Ю. Применение МКЭ к решению задач механики деформируемого твердого тела : учебное пособие. Н. Новгород : ННГАСУ, 2012. 73 с.

4. Галанин М.П., Прошунин Н.Н., Родин А.С. Численное решение динамической задачи контакта упругопластических тел // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2018. № 139. 31 с. DOI: 10.20948/prepr-2018-139

5. Лукин В.В., Соломенцева П.В. Модификация метода множителей Лагранжа с независимой контактной границей для моделирования контакта упругих тел // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2020. № 70. 26 с. DOI: 10.20948/prepr-2020-70

6. Крайнов А.Ю., Миньков Л.Л. Численные методы решения задач тепло- и массопереноса : учебное пособие. Томск : ТГУ, 2016. 92 с.

7. Жуков Н.П., Майникова Н.Ф., Никулин С.С., Антонов А.О. Решение задач теплопроводности методом конечных элементов : учебное пособие. Тамбов : ФГБОУ ВПО ТГТУ, 2014. 80 с.

8. Каменев С.В. Основы метода конечных элементов в инженерных приложениях : учебное пособие. Оренбург : ОГУ, 2019. 110 с.

9. Фёдорова Н.Н., Вальгер С.А., Данилов М.Н., Захарова Ю.В. Основы работы в ANSYS 17. М. : ДМК Пресс, 2017. 210 с.

10. Rahnavard R., Siahpolo N., Naghavi M., Hassanipour А. Analytical study of common rigid steel connections under the effect of heat // Advances in Civil Engineering. 2014. Vol. 2014. P. 1–10. DOI: 10.1155/2014/692323

11. Zhou Q., Li J., Dong Z., Han F. Temperature field analysis of light steel structure beam-column composite joint // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1578. P. 012240. DOI: 10.1088/1742-6596/1578/1/012240

12. Рыжов С.А., Ильин К.А., Тропкин С.Н., Нуштаев Д.В., Бородин А.К. и др. SIMULIA Abaqus. Начало работы : учебное пособие. М. : ТЕСИС, 2021. 287 с.

13. Majeed A. Ansys software for mechanical engineering. Faridabad : Manav Rachna International University, 2022. Р. 105. DOI: 10.13140/RG.2.2.18076.97927

14. Marsh K. Robot structural analysis: Making the change. Somerville : Marsh API LLC, 2015. 98 р.

15. Карпиловский В.С., Криксунов Э.З., Маляренко А.А., Фиалко С.Ю., Перельмутер А.В., Перельмутер М.А. SCAD Office. Вычислительный комплекс SCAD. М. : Изд-во СКАД СОФТ, 2011. 656 с.

16. Теплых А.В., Ожогин Р.Б. Новые возможности SCAD Office 21.1.9.5 // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 4. С. 43–47. DOI: 10.33622/0869-7019.2020.04.41-47

17. Ковальчук О.А., Колесников А.В., Русанова Е.М., Суворов Р.Н. Введение в программный комплекс ЛИРА 10.4 : учебное пособие. М. : МИСИ – МГСУ, 2015. 185 с.

18. Еремина Т.Ю., Корольченко Д.А. Обзор программного обеспечения расчета огнестойкости строительных конструкций для различных моделей пожаров // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2020. Т. 29. № 3. С. 44–53. DOI: 10.22227/PVB.2020.29.03.44-53