Вхід /
Реєстрація
   

Новий етап розвитку програмного комплексу ЛІРА ®

Новий етап розвитку програмного комплексу ЛІРА ®
01.11.2013
Група компаній «ЛІРА» продовжує активно забезпечувати проектувальників якісно новими інструментами і можливостями. Не пройшло й року з моменту виходу ПК ЛІРА10.0, а фахівці вже підготували наступну версію – ПК ЛІРА 10.2. Основна ідея розробників програмного забезпечення – зробити його інтегрованим середовищем для моделювання, розрахунку і конструювання, а головна їх вимога до інтерфейсу програми – його інтуїтивність, або природність.

У новій версіі програмного забезпечення ЛІРА 10.2 для dxf-файлів передбачено перетворення плоских і просторових зображень в розрахункову модель та імпорт планів за поверхами. Наявність функцій імпорту з файлів інших CAD-систем дає можливість не встановлювати на комп’ютер користувача CAD-системи, в яких їх створено (виключення – Autodesk Revit Structure).

Графічний інтерфейс ПК ЛІРА 10.2 дозволяє обробити результати розрахунку, використовуючи широкі можливості постпроцесора: побудова епюр, мозаїк, ізополів, ізоліній, графіків; створення малюнків і анімацій.

Додана також можливість роботи з графічними елементами: архітектурний стержень; архітектурна пластина. Це дозволяє створювати розрахункову схему з архітектурних елементів і/або імпортувати архітектурні моделі, наприклад, з програми Autodesk Revit Structure (рис.1).

Імпорт з Autodesk Revit Structure реалізований за допомогою Autodesk Revit NET API, що дозволяє виконувати програмний доступ до всіх елементів інформаційної моделі. Орієнтуючись на подальшу взаємодію програм, розробляється повнофункціональна двостороння зв’язка з Autodesk Revit Structure.

Імпортована з CAD-систем геометрія часто вимагає виправлень перед початком побудови скінченоелементної сітки, тому ПК ЛІРА 10.2 включає засоби редагування, які дозволяють усувати наявні нестиковки геометрії. Точність забезпечується тим, що виконується залипання до вузлів сітки побудови, розрахункової схеми або вже введених архітектурних елементів. Погрішність при стиковці зменшується також завдяки використанню не екранних, як у попередніх версіях ПК ЛІРА, а реальних 3D координат.



Рис. 1. Архітектурна модель, імпортована з Autodesk Revit Structure, складається із 125 архітектурних елементів (6 архітектурних стержнів і 119 архітектурних пластин)

Додаткові характеристики архітектурних елементів – тип скінчених елементів, на які надалі буде триангульовано архітектурний елемент; тип перетину; матеріал; параметри конструювання; навантаження; осі вирівнювання напруги; осі ортотропії; метод і крок тріангуляції. Крім того, реалізовано виділення, копіювання, переміщення (як об’єкту в цілому, так і окремих вершин), обертання, фільтри виділення і відображення в тілі. Оцінка якості отриманої скінченоелементної сітки і фільтр значень дозволяють знайти вироджені скінчені елементи для подальшого їх корегування.

Базові можливості графічного інтерфейсу ПК ЛІРА 10.2:

  • покращена візуалізація на основі бібліотеки OPENGL;
  • використання всієї доступної пам’яті на 64-бітових комп’ютерах;
  • робота з розрахунковою схемою або її фрагментом;
  • повнофункціональне редагування розрахункової схеми для відображень в перспективі, в аксонометрії, в тілі і напівпрозорості;
  • формування складних розрахункових моделей шляхом збірки з прототипів конструкцій (ферма, рама, плита, поверхня) і окремих частин, імпортованих із файлів інших CAD-систем (*.msh, *.stl, *.obj, *.mesh, *.off, *.poly, *.dxf, *.ids, *.3ds *.neu, *.byu), а також з раніше збережених розрахункових схем;
  • параметри управління розрахунком;
  • оцінка якості скінченоелементної сітки;
  • широкий набір засобів графічного контролю параметрів розрахункової схеми;
  • завдання властивостей матеріалів для різних фізичних процесів;
  • передача переміщень, інерційних сил, реакцій і опору грунту з результатів у вихідні дані;
  • зображення результатів за допомогою деформованих схем, форм власних коливань, форм втрати стійкості, епюр, мозаїк, ізополів, ізоліній, графіків і анімацій;
  • діапазон значень шкал відповідає екстремальним значенням виведених факторів для фрагменту розрахункової схеми;
  • анімація переміщень, власних форм коливань, форм втрати стійкості і динаміки в часі;
  • виведення вихідних даних і результатів розрахунку в MS Word, MS Excel MS PoverPoint і файли форматів html, png, bmp, jpeg, gif, tiff, avi;
  • наочне середовище для конструювання і відображення його результатів;
  • сучасна система документування вихідних даних і результатів розрахунку.

Додаткові удосконалення в ПК ЛІРА 10.2:

  • контектстне меню, що настроюється;
  • попередній перегляд файлів;
  • звіт в користувацькому перерізі стержня;
  • масштабування навантажень і епюр;
  • нові фільтри виділення;
  • режим копіювання заданих властивостей;
  • режими переміщення вузлів доповнені політикою переміщення;
  • швидкий доступ до параметрів шкали;
  • аналіз екстремальних сполучень навантажень (графічне відображення і таблиці);
  • обчислення головних і еквівалентних напружень по сполученням навантажень (графічне відображення і таблиці);
  • нові таблиці початкових даних (перетини, матеріали,параметри конструювання, завантаження);
  • змінений режим побудови спектрів реакції за поверхами;
  • реалізація криволінійної діаграми напружено-деформованого стану для бетону по ДСТУ НБВ.2.6-156:2010;
  • реалізація розрахунку складених перетинів по ДБН В.2.6-163-2010 (R2);
  • можливість виділення вузлів і елементів площинами, утвореними будівельними осями і відмітками (R2);
  • у всіх режимах візуалізації результатів розрахунку – локальна інформація за вузлами і елементами (R2);
  • покращено алгоритм імпорту криволінійних стін з Autodesk Revit Structure (R2);

Нові редактори та режими

Редактор «Грунт» орієнтовано на автоматичне визначення змінного за областю фундаментної плити коефіцієнта постелі (рис. 2). Задаються надані геологами параметри шарів грунту, наноситься розташування свердловин з вказанням введених шарів і їх потужності.

Виконується автоматична побудова тривимірної моделі грунту під будівлею з подальшим обчисленням коефіцієнтів постелі за одним із методів розрахунку (модель Пастернака; модель Вінклера-Фусса; або модифікована модель Пастернака) за нормативним документом, у відповідності з яким обчислюватиметься осідання по схемі лінійно-пружного на півпростору (СНіП 2.02.01-83; СП 50-101-2004; ДБН В.2.1-10:2009; СП 22.13330.2011).



Рис. 2. Редактор «Грунт» з переданою в нього з розрахункової схеми фундаментною плитою

Після розрахунку під всією областю плити можна проглянути значення вертикальних напруг, глибину товщі, що стискається, і обчислене осідання. Є можливість провести довільний розріз грунтового масиву.

Величини коефіцієнтів постелі для кожного скінченого елементу автоматично передаються в розрахункову схему для подальшого розрахунку конструкції спільно з грунтовою основою.

Додана ще одна можливість – режим «Варіація моделей», який знаходиться в редакторі «Початкове завантаження». Варіація моделей – це уніфікація РСЗ топологічно однакових розрахункових схем. Тобто передбачається, що виконано розрахунки декількох однакових по топології розрахункових схем, в яких варійовано граничні умови, шарніри, матеріали, пружну основу, навантаження, динамічні модулі і типи задач.

Після цього виконується перехід в режим «Результати розрахунку», де можна виконати підбір арматури або підбір і перевірку сталевих перетинів. Узагальнена розрахункова модель задовольняє всім РСЗ, які отриманих від розрахункових схем. При виведенні результатів РСЗ в таблицях указується, від якого завдання був отриманий той або інший критерій.

На стадії розробки – наступний етап розвитку «Варіації моделей» – формування завантажень пакету задач з подальшою можливістю отримання РСЗ і РСН.

Модулі розрахунку на сейсмічні дії

Додано п’ять модулів розрахунку на сейсмічні дії за відповідними нормативними документами РФ, Туреччини, Грузії, Індії.

Раніше у модулях застосовувався метод SRSS (Square Root of the Sum of Squares) корінь квадратний з суми квадратів, виняток становив лише 33 модуль розрахунку на сейсмічну дію за нормативним документом Республіки Узбекистан, в якому використовувалася варіація методу SRSS. Тепер знадобилося використання повної квадратичної комбінації CQC (Complete Quadratic Combination) – це правило підсумовування, засноване на припущенні, що випадковим процесом сейсмічних коливань є «білий шум» нескінченної тривалості.

Згідно повної квадратичної комбінації максимальне значення деякого фактору може бути оцінено по максимальним модальним значенням цього фактора за допомогою методу CQC за формулою подвійного підсумовування


де fi – модальный фактор, відповідний i - тій формі; fj – модальный фактор, відповідний j - тій формі власних коливань; Pj – коефіцієнт кореляції між двома формами, m – кількість форм коливань.


Подвійне підсумовування виконується для всіх форм. Коефіцієнт кореляції для CQC методу при незмінному параметр демпфірування визначається як


де – відношення частот i - тої та j - тої форм власних к оливань.

З’явився також режим «Конденсація мас».

При його розгляді нам буде потрібно поняття відсотка внеску модальної маси по i - тій формі власних коливань.


де M – матриця мас розрахункової схеми Фii - та форма власних коливань і v – вектор направляючих косинусів рівнодіючою сейсмічної дії для кожного вузла.

На рисунку 3 представлена розрахункова схема жорсткої будівлі із закріпленим на ній гнучким металевим каркасом. Перші 33 власних форми коливань системи відносяться до коливань металевого каркаса. Якщо врахувати тільки перші 33 власних частоти, то вийде, що інерційні навантаження на саму будівлю рівні нулю. Це достатньо серйозна проблема для інженерів, тому що доводиться або задавати величезну кількість форм коливань і, відповідно, працювати з ними, або якимось чином зводити маси з гнучких частин розрахункової схеми на жорсткі, що вимагає багато ручної роботи.



Рис. 3. Розрахункова схема жорсткої будівлі із закріпленим на ній гнучким металевим каркасом

При цьому іноді використовували методику суперелементів, тобто гнучкі фрагменти розрахункової схеми переносили в суперелементи, щоб врахувати їх як жорсткість. Реалізація суперелементів у попередніх версіях ПК ЛІРА була неповною, можна було вирішувати тільки статичні завдання. Динамічне суперелементне завдання вирішувалося не в повному обсязі, тому що алгоритм перенесення мас з суперелементів в основну схему не був достатньо опрацьований.

У режимі «Конденсація мас» користувач вказує елементи, з яких необхідно зібрати масу, і вузли, в які її необхідно розподілити. Зібрані маси переносяться у вказані вузли так, щоб центр мас залишився там же, де він був до перетворення.

Після того, як це було зроблено для вказаної задачі, перша форма власних коливань вийшла вже очікуваною, її частота практично не змінилася (0,13%), внесок модальних мас вже по першій формі власних коливань склав 61,5%

Для лінійних задач і задач лінійного монтажу кількість обчислюваних форм втрати стійкості збільшена до 10. Додано можливість відображення параметра чутливості для всіх обчислених форм втрати стійкості. Параметр чутливості вказує, які елементи відповідальні за втрату стійкості по цій формі.

Розрахунок плоских безбалкових плит на продавлювання

Даний розрахунок реалізовано за нормами СНіП 2.03.01-84*; СП 63.13330.2011 (СП 52-01-2003); ДСТУ НБВ.2.6-156:2010; Eurocode 2.

Спочатку виділяють вузли, в яких потрібно порахувати продавлювання; для плит, що примикають, повинні бути призначені параметри конструювання. У режимі «Редагувати групи продавлювання» необхідно сформувати групи продавлювання. Формування контурів продавлювання виконується автоматично; сформовані контури відображаються на розрахунковій схемі в реальному масштабі. Створені автоматично контури продавлювання можна корегувати. Будь-які зміни параметрів елементів – перетинів колон, товщини плит, параметрів конструювання плит – призводять до регенерації контурів продавлювання.

Контури продавлювання генеруються із закругленнями, як цього вимагають ДСТУ і Eurocode. В процесі розрахунку групи продавлювання, які не задовольняють безбалковим перекриттям, виключаються з розрахунку, про що видається відповідне попередження.

Отримані результати візуалізуються у вигляді мозаїк коефіцієнту запасу по бетону і мозаїк необхідної площі поперечної арматури. Процес супроводжується протоколюванням всіх етапів. У зведеній таблиці розрахунку контурів продавлювання для кожної групи продавлювання отримано протокол з вичерпною інформацією про вхідні дані (перетин плити, характеристики бетону і арматури, набір зусиль) та результати розрахунку, включаючи відображення використовуваних формул (рис. 4).



Рис. 4. Режим розрахунку продавлювання

У конструкційній системі «Сталеві конструкції» додані нові перетини: з прокатних профілів – тавр; зварні перетини – двотавр і коробка; спарені перетини з рівнополичних і нерівнополичних кутників, швелерів і двотаврів.

Зварні перетини представлені у вигляді двотавра і коробок (у т. ч. зі звісами). Зварний двотавр і коробка задаються в одному шаблоні. При завданні параметрів працює аналог IntelliSense, що підказує, які дані вказати у вигляді прив’язок. Прив’язки задаються у вигляді аналітичного виразу, який враховується при виконанні перевірки і підбору. Додалися шаблонні перетини спарених профілів з рівнополичних і нерівнополичних кутників, швелерів і двотаврів (рис. 5).



Рис. 5. Шаблонні перетини зварних двотавра, коробки і спарених профілів

Раніше звіт був заснований на мові розмітки MathML (Mathematical Markup Language), оскільки творцями основних браузерів (Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera, Google Chrome) було заявлено про її підтримку. Проте підтримка виявилася мізерною, і від MathML відмовилися та створили «Генератор формульного уявлення», заснований на форматі html.

Модифіковано режим візуалізації результатів розрахунку сталевих конструкцій – внизу на екрані з’явилася інтерактивна зведена таблиця відсотків використання для перевірки і підбору. Інтерактивну таблицю можна сортувати. За кожним відсотком використання виводяться три варіанти звіту:результати поточної перевірки; вихідні дані і результати поточної перевірки; вихідні дані і результати всіх перевірок для набору зусиль, що дав цей відсоток використання.

Результати перевірок у звіті відображаються як у формульному вигляді, так і з автоматичною підстановкою використовуваних значень.

Центральне місце в ПК ЛІРА 10.2 займає «Розрахунковий процесор». В даний час метод скінчених елементів (МСЕ) є одним з найефективніших для вирішення інженерних задач. МСЕ дозволяє моделювати будь-яку просторову модель з складною геометрією, з реальними властивостями матеріалу, з урахуванням взаємодії конструкцій з основою.

Теоретична основа ПК ЛІРА – МСЕ, реалізований у формі методу переміщень. Вибір саме цієї форми пояснюється простотою алгоритмізації і фізичної інтерпретації, можливістю створення єдиних методів для побудови матриць жорсткості і векторів навантажень для різних типів скінчених елементів, обліку довільних граничних умов і складної геометрії конструкції. Реалізований варіант МСЕ використовує принцип можливих переміщень. У cкінченоелементній постановці для завдання моделювання досліджувана область заздалегідь розбивається на обмежену кількість скінчених елементів (СЕ), зв’язаних між собою на рівні вузлів. Невідомими перемінними рівнянь розрахункових моделей є переміщення і повороти вузлів.

Разом з постійним розширенням функціональності інтерфейсу програмного комплексу зазнав змін «Розрахунковий процесор», в якому також реалізовані нововведення, описані вище: розрахунок за варіаціями моделей; 5 нових модулів розрахунку на сейсмічні впливи; конденсація мас; кількість обчислюваних форм втрати стійкості збільшена до 10 для лінійних задач і задач лінійного монтажу.

Крім того, у ньому реалізовано СЕ невідображуваних меж для плоских і тривимірних динамічних задач (з можливістю завдання з графічної системи);

  • врахування зсуву у фізично нелінійних стержневих і пластинчастих елементах, а також в стержневих СЕ змінного перетину;
  • геометрично нелінійний СЕ тонкостінного стержня;
  • повністю перероблений алгоритм вирішення геометрично нелінійних задач за межею втрати стійкості (метод 3);
  • відкорегований алгоритм врахування різних модулів об’ємної деформації при навантаженні і розвантаженні в елементах грунту;
  • уточнений алгоритм обчислення коефіцієнта запасу по зсуву в елементах грунту;
  • пластинчасті і об’ємні елементи з вузлами на сторонах (інтерфейсна частина їх поки що не підтримує).

Для демонстрації можливостей ПК ЛІРА і допомоги в освоєнні інтерфейсу програми розроблено цикл вебинарів «ПК ЛІРА в завданнях». Регулярно проводяться курси для початківців і досвідчених користувачів. Доброзичливий персонал служби супроводу оперативно (під час особистої зустрічі, по телефону, листом по e-mail) відповідає на запитання ліцензійних користувачів і виконує оперативний аналіз файлів задач користувача.

к.т.н. Юрий Гераймович,
д.т.н. Исаак Євзеров,
керівник проекту:
Дмитро Марченко