Мы верим в то, что сможем это сделать, или Компании НТЦ АПМ 15 лет

Елена Стайнова

Октябрь 1992 года — время официального основания отечественной CAD/CAE-компании НТЦ АПМ. Компания создавалась не на пустом месте. Работы в этом направлении проводились в течение многих лет в Московском государственном техническом университете им. Н.Э.Баумана: как научные исследования, так и разработка инструментальных конструкторских средств. Однако, начиная с определенного момента, коллективу, работающему над созданием программного продукта APM WinMachine, стало тесно в этих рамках. Опыт создания самостоятельной компании, как показала практика, оказался успешным, и сегодня продукты и услуги нашей компании востребованы российскими промышленными предприятиями, проектно-конструкторскими организациями и учебными заведениями.

15 лет назад трудно было предугадать то место, которое займет НТЦ АПМ среди зарождающихся в то время многочисленных IT-компаний, но самые тяжелые времена, как нам кажется, уже позади. В этом цикле статей мы расскажем о программных продуктах, разработанных компанией, и о стратегических задачах, которые мы считаем для себя приоритетными.

Те, с кого АПМ начинался

Основой современной стратегической политики нашей компании является разработка программного обеспечения для решения расчетно-конструкторских задач в области механики, машиностроения и строительства. Мы прекрасно понимаем, что создание программных продуктов в этой сфере требует от разработчиков не только знаний и опыта практической работы в области программирования, но и обширных предметных знаний в области механики сплошных сред, численных методов, методов инженерного проектирования и т. д., а также умения анализировать огромное число экспериментальных данных.

При разработке программных продуктов мы делаем ставку на собственные силы. Как нам кажется, коллектив разработчиков компании, накопивший за годы работы огромный опыт, способен решать любые по сложности задачи, которые ставит перед нами логика развития современной российской промышленности и образования, да и сама жизнь. Задачи возникают из анализа потребностей промышленности с учетом уже имеющихся программных продуктов, которые предлагаются зарубежными компаниями.

Кроме того, специалисты НТЦ АПМ по заказам предприятий выполняют расчетные работы с использованием собственных инструментальных средств. Такой вид деятельности позволяет нам, помимо всего прочего, чутко реагировать на реальные запросы промышленности и оперативно дополнять и развивать функциональность программного обеспечения.

Участники форума пользователей программных продуктов НТЦ АПМ, май 2007 года

С этого номера журнала мы начинаем публиковать цикл статей, посвященных современному состоянию программных продуктов, выпускаемых НТЦ АПМ.

Долгие годы специалисты нашей компании работали (и продолжают работать сегодня) над созданием инструментов автоматизации работ в области машиностроения. Флагманский продукт компании НТЦ АПМ — программный комплекс APM WinMachine — давно и хорошо известен на рынке. Сегодня нам хотелось бы более подробно рассказать о новом для нас направлении деятельности. Дело в том, что в последние годы мы расширили тематику наших разработок и вплотную занялись решением задач автоматизации строительства. В мае этого года на традиционном форуме пользователей программного обеспечения НТЦ АПМ было официально объявлено о создании принципиально нового программного продукта, адресованного строительным проектным организациям, под общим названием APM Civil Engineering. В эту линейку вошли как уже хорошо известный программный комплекс, позволяющий решать задачи расчета и проектирования металлоконструкций, так и новые модули, предназначенные для расчета и проектирования железобетонных и деревянных конструкций. Системе APM Civil Engineering мы и хотим посвятить первую статью из обещанного цикла.

Общий вид металлической конструкции стадиона с результатами расчета деформаций и эквивалентных напряжений

Выход этой линейки программных продуктов сопровождался изданием книги В.В.Шелофаста и Е.Г.Стайновой «Неметаллические строительные конструкции», в которой подробно изложены основные методы расчета неметаллических строительных конструкций (железобетонных, деревянных, каменных и армокаменных). Книгу можно рассматривать как теоретическое пособие, позволяющее осознанно применять технические возможности системы APM Civil Engineering в практике строительного проектирования. Содержащийся в книге материал полностью соответствует действующим в настоящий момент нормативным документам (СП и СНиП), поэтому ее можно рекомендовать в качестве учебного пособия студентам строительных университетов; кроме того, она будет полезна специалистам, занятым проектированием и расчетом неметаллических строительных конструкций.

Переходя к описанию содержательной части системы APM Civil Engineering, следует прежде всего перечислить ее основные возможности.

1. Проектирование металлоконструкций. С помощью APM Civil Engineering можно:

• полностью либо частично подготовить геометрическую модель металлоконструкции, используя при этом библиотеки наиболее распространенных типовых схем;
• выполнить проверку несущей способности и автоматически подобрать оптимальное поперечное сечение стержневого элемента (по критериям прочности и устойчивости, а также в соответствии с требованиями СНиП II-23-81 *) из библиотеки стандартных сечений либо из библиотеки, подготовленной пользователем;
• автоматически получить чертежи стандартных узлов соединений металлоконструкций;
• произвести расчет сварных швов узловых элементов, а также расчет групповых болтовых соединений;
• подготовить проекционные чертежи модели конструкции в целом и отдельных ее деталей;
• получить таблицу расхода (по материалу и профилям) по элементам металлоконструкции.

2. Проектирование железобетонных конструкций. Инструменты проектирования железобетонных конструкций, имеющиеся в APM Civil Engineering, позволяют:

• представить модели строительных железобетонных конструкций в виде комбинации элементов колонн, ригелей, балок, перекрытий, плит и оболочек;
• вычислить расчетные сочетания усилий (РСУ);
• выполнить подбор армирования железобетонных элементов (прямоугольных, тавровых, двутавровых, круглых и кольцевых) согласно нормам СП 52-101-2003 по первой и второй группам предельных состояний для наиболее опасной комбинации внутренних силовых факторов, приложенных к элементу конструкции;
• провести проектировочный и проверочный расчет железобетонных элементов;
• получить удобную форму представления результатов расчета, в том числе реальную картину размещения арматуры в объеме железобетонного элемента.

3. Проектирование деревянных конструкций. Спецификой расчета деревянных конструкций в APM Civil Engineering является то, что:

• при проектировании строительных объектов, изготовленных из дерева, можно пользоваться имеющимися в APM Civil Engineering наиболее распространенными типовыми схемами;
• расчет на прочность элементов деревянных конструкций выполняется методом конечных элементов и с учетом требований СТО 36554501-002-2006 (Стандарт ЦНИИСК);
• имеется возможность автоматизированного подбора металлических зубчатых пластин согласно ТУ 5369-026-02495282-97, а также нагельных соединений;
• предусмотрен вывод на печать чертежей всех элементов деревянной конструкции с параметрами распиловки.

В основе расчета всех без исключения перечисленных выше конструкций используется расчетное ядро конечно-элементного анализа — модуль APM Structure3D. Различие при выполнении расчетов начинается на уровне конструктивного элемента, который может быть изготовлен из металла, железобетона или дерева. Модуль APM Structure3D, являясь базовым расчетным ядром систем APM WinMachine и APM Civil Engineering, обладает широкими функциональными возможностями для создания моделей конструкций, выполнения необходимых расчетов и визуализации полученных результатов. Использование этих возможностей позволяет сократить сроки проектирования и снизить материалоемкость объекта, а также уменьшить стоимость проектных работ.

Конструкция монолитного железобетонного жилого здания, спроектированного в системе APM Civil Engineering с результатами расчетов

Модуль APM Structure3D предназначен для комплексного анализа трехмерных конструкций произвольной формы. С его помощью можно методом конечных элементов выполнить прочностной расчет произвольно закрепленных моделей, включающих стержневые, тонкие пластинчатые и объемные твердотельные элементы конструкций (в том числе сборки), а также канаты и произвольные комбинации всех вышеперечисленных элементов. Исходные упругодеформационные характеристики элементов при этом могут быть линейными, а также геометрически и физически нелинейными.

4. Функциональные возможности APM Structure3D.

Линейные решения:

• расчет напряженно-деформированного состояния (статический расчет);
• расчет устойчивости;
• тепловой расчет;
• расчет термоупругости.

Нелинейные решения:

• расчет напряженно-деформированного состояния с учетом геометрической нелинейности;
• расчет напряженно-деформированного состояния с учетом физической нелинейности;
• расчет напряженно-деформированного состояния для случая контактного взаимодействия.

Динамический анализ

• определение частот и форм собственных колебаний, в том числе с учетом предварительного нагружения;
• расчет вынужденных колебаний — определение поведения системы при заданном законе изменения вынуждающей нагрузки от времени с анимацией колебательного процесса;
• расчет на вибрацию оснований.

Результатами расчетов являются:

• распределение эквивалентных напряжений и их составляющих, а также главных напряжений;
• распределение линейных, угловых и суммарных перемещений;
• распределение деформаций по элементам конструкции;
• карта распределения и эпюры внутренних усилий;
• распределение усилий в контактной зоне;
• коэффициент запаса устойчивости и форма потери устойчивости;
• распределение коэффициентов запаса и числа циклов по критерию усталостной прочности;
• распределение коэффициентов запаса по критериям текучести и прочности;
• распределение температурных полей и термонапряжений;
• координаты центра тяжести, вес, объем, длина, площадь поверхности, моменты инерции модели, а также моменты инерции, статические моменты и площади поперечных сечений;
• реакции в опорах, а также суммарные реакции, приведенные к центру тяжести модели конструкции.

При создании модели конструкции можно использовать следующие типы конечных элементов:

• cтержневые — произвольных поперечных сечений;
• гибкие элементы — канаты;
• пластинчатые — треугольные и четырехугольные;
• оболочечные;
• твердотельные — изопараметрические четырехузловые, шестиузловые и восьмиузловые;
• специальные элементы: упругие связи, упругие опоры, контактные элементы, сосредоточенные массы и моменты инерции.

Общий вид деревянной конструкции крыши. Результаты расчета напряжений, соединений на МЗП и схем распиловки

Нагрузки и воздействия:

• сосредоточенные силы и моменты (постоянные и переменные во времени);
• распределенные нагрузки по длине, площади и объему (постоянные и переменные во времени);
• нагрузки, заданные линейным и/или угловым перемещением (постоянные и переменные во времени);
• снеговые, ветровые и сейсмические (по СНиП), с учетом распределенных и сосредоточенных масс, линейных и вращательных степеней свободы;
• давление гидростатического типа;
• давление контактного типа;
• расчетные сочетания усилий (РСУ);
• центробежные (заданные линейным и/или угловым ускорением);
• гравитационные;
• температурные градиенты.

Важно: для моделирования реального нагружения модели конструкции возможно использовать произвольные комбинации вышеперечисленных нагрузок.

Дополнительные возможности:

• внецентренное соединение стержневых элементов модели конструкции;
• шарнирное соединение элементов конструкции;
• освобождение связей стержневого элемента в узле;
• задание совместных перемещений;
• импорт/экспорт сетки конечных элементов (BDF/DAT, SFM);
• введение локальной системы координат в узле;
• расчет кручения в стержневых элементах;
• интерактивное полуавтоматическое разбиение на конечные элементы;
• наличие операции генерации узлов металлоконструкций.

Важно отметить, что проектирование строительной конструкции в APM Civil Engineering выполняется в единой среде, поэтому рассматриваемый строительный объект может состоять из комбинации металлических, железобетонных и деревянных частей. В такой постановке расчет и проектирование строительной конструкции выполняется комплексно, включая фундамент (единичный, ленточный или сплошной). Для расчета фундамента имеются специальные инструменты, которые позволяют определить его геометрические размеры, величину осадки грунтов под фундаментом и т.д. Подбор армирования ведется в соответствии с нормами СНиП 2-02.01-83.

Более подробно о возможностях модуля APM Structure3D мы расскажем в следующих номерах журнала.

САПР и графика 10`2007