4 - 2009

Программный комплекс ЛИРА версии 9.6 для автоматизированного расчета и проектирования конструкций

Виталий Боговис, Роман Водопьянов

На современном рынке программного обеспечения широкой популярностью пользуется программный комплекс ЛИРА — многофункциональный программный комплекс для расчета, исследования и проектирования конструкций различного назначения. ПК ЛИРА с успехом применяется в научных исследованиях и практике проектирования конструкций, в расчетах объектов строительства, машиностроения, мостостроения, атомной энергетики, нефтедобывающей промышленности и во многих других сферах, где актуальны методы строительной механики.

На протяжении многих лет ПК ЛИРА непрерывно развивается и совершенствуется. Реализуются новые методы расчетов, улучшается пользовательский интерфейс программы, расширяется ее функциональность и круг решаемых задач, обновляются нормы проектирования. В 2009 году на рынок выходит новая версия программного комплекса — ЛИРА 9.6.

Рассмотрим общую характеристику ПК ЛИРА и выделим аспекты, добавленные в новую версию, которые могут заинтересовать существующих и новых пользователей программы.

Кроме комплексного расчета модели объекта на все возможные виды статических нагрузок (силовых, температурных, деформационных) и динамических воздействий (ветер с учетом пульсации, сейсмические воздействия по различным нормам, гармонические колебания и т.п.), ПК ЛИРА автоматизирует ряд процессов проектирования: определение расчетных сочетаний нагрузок и усилий, назначение конструктивных элементов, подбор и проверку сечений стальных и железобетонных конструкций с формированием эскизов рабочих чертежей колонн и балок.

ПК ЛИРА позволяет исследовать общую устойчивость рассчитываемой модели, проверить прочность сечений элементов по различным теориям разрушения. ПК ЛИРА предоставляет возможность производить расчеты объектов с учетом физической, геометрической, физико-геометрической и конструктивной нелинейностей, моделировать процесс возведения сооружения с учетом монтажа-демонтажа элементов и отслеживанием изменений физических свойств материалов. В версии 9.6 добавлен ряд новых функций, таких как учет ортотропных свойств материалов при моделировании конструкций оболочечными и объемными конечными элементами. Для железобетонных конструкций реализован учет ползучести бетона.

ПК ЛИРА состоит из нескольких взаимосвязанных информационных и расчетных систем. Взаимосвязи между этими системами организованы таким образом, что обеспечивается высокая технологичность работы с комплексом — он как бы сам ведет пользователя от создания расчетной модели к конструированию элементов.

Основной графической системой является ЛИР-ВИЗОР — единая графическая среда, которая располагает обширным набором возможностей и функций для формирования адекватных конечно-элементных и суперэлементных моделей рассчитываемых объектов. Система ЛИР-ВИЗОР позволяет произвести подробное визуальное обследование созданных моделей и их корректировку, а также описать физико-механические свойства материалов. В этой же среде задаются связи, разнообразные нагрузки, характеристики различных динамических воздействий, а также назначаются взаимосвязи между различными загружениями с целью определения их наиболее опасных сочетаний.

Для расчета созданной модели может быть выбран один из нескольких расчетных процессоров, входящих в состав ПК ЛИРА. Все процессоры реализуют современные методы решения систем уравнений, обладающие высоким быстродействием и позволяющие решать системы с очень большим числом неизвестных.

Линейный процессор предназначен для решения задач, описывающих работу материала конструкций в упругой стадии.

Шаговый процессор позволяет решать задачи, связанные с нелинейными законами деформирования материалов (бетон, железобетон, сталь и др.), геометрической нелинейностью (ванты, большепролетные покрытия, мембраны), а также с конструктивной нелинейностью (односторонние связи, трение). В состав библиотеки нелинейных конечных элементов входят элементы, позволяющие производить одновременный учет физической и геометрической нелинейности. При расчетах нелинейных задач производится автоматический выбор шага приращения нагрузки в процессе нагружения.

Расчетные процессоры содержат обширную библиотеку конечных элементов, позволяющую создавать адекватные расчетные модели практически без ограничений на описание реальных свойств рассчитываемых объектов. При этом возможны задание линейных и нелинейных законов деформирования материалов, учет геометрической нелинейности с нахождением формы изначально изменяемых систем, а также учет конструктивной нелинейности. Допускается наличие абсолютно жестких тел и жестких вставок. В версии ПК ЛИРА 9.6 применение жестких вставок расширено на плоскостные конечные элементы плит и оболочек. Реализованы законы деформирования различных классов железобетона, в том числе и законы ползучести железобетона во времени. Библиотека КЭ расширена новыми элементами — добавлены КЭ нулевой жесткости, используемые для сбора нагрузок, и физически нелинейные одноузловые и двухузловые КЭ с ограничениями на предельные воспринимаемые усилия.

Специализированные расчетные процессоры позволяют проводить дальнейшие исследования расчетной модели по результатам основного расчета.

Система устойчивость дает возможность произвести проверку общей устойчивости сооружения с определением коэффициента запаса и формы потери устойчивости. В результате расчета можно вычислить три первые формы потери устойчивости.

Система Литера реализует вычисление главных и эквивалентных напряжений по различным теориям прочности.

Система Фрагмент позволяет определить силы воздействия одного фрагмента рассчитываемого сооружения на другой как нагрузку. В частности, могут быть определены нагрузки, передаваемые надземной частью расчетной схемы на фундаменты.

Возможности системы ЛИР-ВИЗОР, предоставляемые при отображении результатов расчета, позволяют произвести детальный анализ напряженно-деформированного состояния модели по изополям перемещений и напряжений, по эпюрам усилий и прогибов, по мозаикам разрушения элементов, по главным и эквивалентным напряжениям, по формам потери устойчивости, по формам колебаний и по многим другим параметрам.

Особенностью новых версий ПК ЛИРА является технология последовательных расчетов, когда результаты, полученные в ходе предварительного решения, могут быть автоматически приложены в виде нагрузок для проведения уточняющих расчетов. В версии 9.4 эта технология использовалась для итерационного уточнения значений коэффициентов упругого основания. В новой версии добавилась возможность рассчитывать конструкцию на действие предварительно вычисленных инерционных сил, а также заданных перемещений.

ЛИР-ВИЗОР дает исчерпывающую информацию по всему объекту и его отдельным элементам как в графическом, так и в табличном виде. Реализована визуализация расчетной схемы и ее напряженно-деформированного состояния с использованием трехмерной графики, что повышает наглядность и упрощает визуальный анализ результатов.

В версии 9.6 система ЛИР-ВИЗОР обогатилась новыми функциями. Среди них отметим функцию генерации объемной конечно-элементной модели грунтового массива по данным инженерно-геологических изысканий с возможностью управлять шагом сети объемных КЭ. Полезной для многих пользователей будет функция вычисления суммарных нагрузок, приложенных на выделенный фрагмент или на всю схему. Значительно обновлен интерфейс задания параметров монтажных задач и моделирования нелинейных загружений рассчитываемых конструкций. Решены вопросы сохранения параметров расчетной модели (нагрузок, шарниров, жестких вставок, осей ортотропии материала и согласованных осей) при выполнении операций по преобразованию сети конечных элементов. В режиме анализа результатов расчета добавлена возможность построения эпюр и изополей на произвольных разрезах пластинчатых и объемных фрагментов конструкции.

Системы ЛИР-КС и ЛИР-КТС (конструкторы стандартных и тонкостенных сечений) представляют собой специализированные графические среды для формирования сечений произвольной конфигурации. Эти системы снабжены процессорами для вычисления осевых, изгибных, крутильных и сдвиговых характеристик. Кроме того, вычисляются секториальные характеристики сечений, координаты центров изгиба и кручения, моменты сопротивления, а также определяется форма ядра сечения. При наличии усилий в заданном сечении производится отображение картины распределения текущих, главных и эквивалентных напряжений, соответствующих различным теориям прочности, отображаются эпюры секториальных характеристик.

После проведения основных и специализированных расчетов ПК ЛИРА предоставляет возможность произвести конструирование стальных и железобетонных элементов рассчитываемого объекта.

Конструирующая система ЛИР-АРМ реализует подбор площадей сечения арматуры колонн, балок, плит и оболочек по первому и второму предельным состояниям в соответствии с нормативами стран СНГ, Европы, а также США. Существует возможность задания произвольных характеристик бетона и арматуры, что имеет большое значение при расчетах, связанных с реконструкцией сооружений. С помощью системы можно объединять несколько однотипных элементов в конструктивный элемент, что позволяет производить увязку арматуры по длине всего конструктивного элемента. Система может функционировать в локальном режиме (ЛИР-ЛАРМ), осуществляя как подбор арматуры, так и проверку заданного армирования для одного элемента. По результатам расчета формируются чертежи балок и колонн, а также производится создание DXF-файлов чертежей.

Конструирующая система ЛИР-СТК работает в двух режимах — подбора сечений элементов стальных конструкций, таких как фермы, колонны и балки, и проверки заданных сечений в соответствии с нормативами стран СНГ, Европы, а также США. Допускается объединение нескольких однотипных элементов в конструктивный элемент. Система может функционировать в локальном режиме, позволяя проверить несколько вариантов при конструировании требуемого элемента.

Система ЛИР-РС, информационно связанная с системой ЛИР-СТК, позволяет производить редактирование используемой сортаментной базы прокатных и сварных профилей.

В новой версии программного комплекса реализована возможность автоматически вернуть сечения, подобранные в ЛИР-СТК, обратно в ЛИР-ВИЗОР, и произвести повторный общий расчет уточненной расчетной схемы.

Формирование отчетов по результатам работы с комплексом производится с помощью системы Документатор, позволяющей представить всю полученную информацию как в табличном, так и в графическом виде. Кроме того, накопленная информация может быть сохранена в различных графических и текстовых форматах.

На базе ПК ЛИРА созданы новые расчетно-графические системы:

  • МОНТАЖ-плюс — реализует моделирование работы сооружения в процессе возведения при многократном изменении расчетной схемы. Эта система позволяет также проводить компьютерное моделирование возведения высотных зданий из монолитного железобетона с учетом изменений жесткости и прочности бетона, вызванных временным замораживанием уложенной смеси и другими факторами;
  • МОСТ — позволяет произвести построение поверхностей и линий влияния в мостовых сооружениях от подвижной нагрузки;
  • ДИНАМИКА-плюс — реализует метод прямого интегрирования уравнений движения по времени, что позволяет производить компьютерное моделирование вынужденных колебаний физически и геометрически нелинейных систем;
  • ЛИРА-КМ — позволяет по данным расчета стальных конструкций получить полный комплект чертежей КМ в среде AutoCAD: монтажные схемы с маркировкой элементов и узлов, ведомости элементов, чертежи узлов с трехмерной визуализацией, а также их спецификации;
  • ЛИРА-Грунт — реализует построение трехмерной модели грунтового массива по данным инженерно-геологических изысканий (положение и характеристики скважин), а также определение коэффициентов постели в каждой точке проектируемой фундаментной плиты;
  • вариации моделей — предоставляют возможность комбинировать результаты расчета топологически идентичных расчетных схем, варьируя граничные условия, жесткостные характеристики, параметры упругого основания и т.п.

ПК ЛИРА поддерживает информационную связь с такими системами, как AutoCAD, ArchiCAD, Allplan, HyperSteeel, STARK ES (технология расчета по двум независимым программам), ПК МОНОМАХ, Фундамент и ФОК-ПК. Возможности межпрограммной передачи данных о расчетных моделях непрерывно развиваются.

Подробное описание всех новшеств и презентационные материалы можно найти на нашем сайте — www.rflira.ru или ознакомиться с ними на 5-м Международном семинаре «Современные программные средства для расчета и проектирования», который пройдет в мае по адресу: г.Москва, Ярославское шоссе, д. 26, Московский государственный строительный университет (МГСУ). Читайте новости на нашем сайте.


Виталий Боговис

Заместитель директора ООО «ЛИРА софт» (г.Киев).

Роман Водопьянов

Главный инженер ООО «ЛИРА сервис» (г.Москва).

В начало В начало

САПР и графика 4`2009