APM WinStructure3D — совершенный механизм строительного проектирования
Назначение и задачи APM WinStructure3D
Методы решения заявленных задач при разработке процессорной части системы
APM WinStructure3D — программный продукт, разработанный в НТЦ АПМ и представляющий собой систему инженерного анализа. Он появился на российском рынке программного обеспечения не так давно, но уже заслуженно завоевал большую популярность. И хотя это не первая статья, в которой рассматриваются функциональные возможности APM WinStructure3D, необходимость ее появления продиктована тем, что данный программный продукт постоянно совершенствуется и при этом расширяются его функциональные возможности.
Прежде чем перейти к описанию новых возможностей APM WinStructure3D, необходимо вернуться к истории вопроса, так как не все читатели с ней знакомы. Поэтому, не углубляясь в детали, напомним о главных функциональных возможностях системы и методах их реализации.
Назначение и задачи APM WinStructure3D
Модуль APM WinStructure3D предназначен для комплексного анализа трехмерных
конструкций, состоящих из совокупности стержневых, пластинчатых и оболочечных
элементов и любых их произвольных комбинаций. Под комплексным анализом понимается
расчет напряженно-деформированного состояния перечисленных объектов произвольной
геометрической формы при произвольном нагружении и закреплении, а также ряд
других расчетов, к которым можно отнести расчеты устойчивости, определение собственных
частот и собственных форм, а также расчеты вынужденных колебаний. Такие возможности
наилучшим образом можно использовать для проектирования металлических строительных
конструкций. Кроме того, модуль можно применять для расчета бетонных объектов,
если условно предположить, что зависимость деформации бетона от нагрузки линейна,
что допускается правилами СНиП. 
 |
|
Методы решения заявленных задач при разработке процессорной части системы
Расчет напряженно-деформированного состояния указанных конструкций выполняется
методом конечных элементов. При необходимости применяются также и другие методы
строительной механики. В качестве конечных элементов можно использовать по выбору
элементы прямоугольной, четырехугольной и треугольной формы. Число конечных
элементов и, следовательно, время расчета устанавливаются пользователем. Общее
количество конечных элементов ограничено исключительно возможностями вашей компьютерной
техники. Расчеты устойчивости выполняются по Эйлеру и по деформационной схеме.
Разбивка на конечные элементы выполняется автоматически. Если это необходимо, в результаты автоматической разбивки можно внести поправки в режиме ручного ввода и редактирования.
|
|
Специализированный интерфейс
Для эффективной реализации расчетных и графических процедур в модуле имеется
современный интерфейс специализированного назначения. Можно с уверенностью утверждать,
что популярность конечно-элементного продукта во многом зависит от тех инструментов,
которые используются для создания трехмерных моделей. А эффективность применения
этих инструментов определяется, в свою очередь, удобством среды создания моделей
и разбивки на конечные элементы. Поэтому разработчики уделили особое внимание
именно этому вопросу. Такая работа, на наш взгляд, принесла хорошие плоды, и
одним из ее результатов явилось создание специализированного редактора, который
включает:
- графический редактор задания конструкций как комбинаций из стержней и пластин;
- визуализатор пространственного представления модели;
- редактор задания плоских сечений стержневых элементов;
- редактор задания нагрузок, сосредоточенных и распределенных по линии и по плоскости, а также условий закрепления и механических характеристик, составляющих конструкцию элементов;
- визуализатор результатов расчета.
В отношении сложных объектов предусмотрена работа со слоями, что, помимо всего прочего, обеспечивает возможность создания замкнутых моделей, работа с некоторыми частями которых возможна только при отключении внешних элементов конструкции.
В модуле имеются библиотека стандартных профилей и база данных по материалам и их характеристикам. Предусмотрен также импорт поперечного сечения из другого графического редактора, в котором имеется возможность генерации DXF-форматов. Здесь уместно сказать, что среди продуктов НТЦ АПМ имеется графический редактор APM Graph, который также может быть использован для ввода геометрической информации поперечного сечения или для оформления конструкторской документации.
Для ускорения создания модели база данных, поставляемая вместе с системой, дополнена библиотекой строительных профилей, созданной в графическом редакторе APM Graph с использованием параметризации.
Модуль APM WinStructure3D позволяет рассчитать величины напряжений и деформаций в любой точке конструкции — с учетом как внешнего нагружения, так и собственного веса каждого из элементов. Кроме того, имеются возможности расчета устойчивости конструкции, а также автоматического определения веса всех ее конструктивных элементов и конструкции в целом. APM WinStructure3D позволяет определить неизвестные силовые факторы в каждом из узлов и внутренние силовые факторы в пределах каждого конечного элемента. Данная информация может быть использована в дальнейшем для расчета сварных, групповых резьбовых или заклепочных соединений. Результаты расчетов с помощью специального визуализатора представляются в цвете, в виде изолиний или в форме эпюр напряжений, моментов, сил, деформаций и т.д., а на печать они могут быть выведены как в форме, которую предлагает система, так и в произвольной форме. Последнее можно осуществить, используя сохранение в RTF с последующим оформлением в любом текстовом редакторе, поддерживающем этот формат данных. Используя данные системы в качестве заготовки, можно с успехом оформить полученный документ по своему усмотрению, дополнив его текстовой информацией и т.п.
Интерфейсная часть, предназначенная для демонстрации результатов расчета, проста, понятна, удобна в работе, а главное — значительно облегчает анализ полученных результатов и способствует принятию правильных решений. Интерфейс включает визуализаторы:
- напряженно-деформированного состояния модели;
- распределения напряженно-деформированного состояния конструкции в любом текущем сечении любого его элемента;
- силовых факторов и деформаций (линейных и угловых) в узловых точках;
- графиков функций, описывающих законы моментов изгиба и кручения, напряжений и деформаций, поперечных сил и т.п. по длине каждого из входящих в состав конструкции стержней.
Широкое применение ряда специализированных редакторов существенно облегчает работу конструктора. Например, задание геометрии упрощается за счет применения проволочных и пластинчатых моделей конструкций. Для детальной прорисовки можно использовать режим объемного моделирования твердотельной модели. В модуле также предусмотрен режим визуализации поперечного сечения для любого из выбранных элементов стержня. При практической работе с модулем можно обращаться ко множеству встроенных в интерфейс контекстных подсказок, к тому же пользователю дается подробная инструкция по порядку работы и перечню возможных команд.
|
|
Новые возможности
В последней редакции системы улучшена процедура работы со слоями. Дополнительно
введена операция определения реакций опор. Ранее реакции опор также определялись,
но результат можно было посмотреть только в разделе «Стержень», то есть косвенно.
Теперь же величины реактивных силовых факторов (моментов и сил) определяются
в явном виде.
Для проверки корректности используемых в APM WinStructure3D методов решения систем уравнений введена дополнительная возможность получения покомпонентной невязки. Эта возможность представляет собой не что иное, как проверку точности решения системы уравнений равновесия. Подобного рода проверка позволяет еще раз убедиться в точности полученных результатов.
Интересной и удобной процедурой, которая появилась в последнее время, является
построение эпюр силовых факторов, «привязанных» непосредственно к соответствующим
стержневым элементам пространственных конструкций (под силовыми факторами понимаются
все возможные силы (продольные и поперечные) и моменты изгиба и кручения). Возможности
послойного представления элементов конструкции позволяют пользователям проанализировать
только такие элементы конструкции, которые помещены в соответствующем слое,
не затрудняя себя чтением других эпюр и конструктивных элементов.
Вывод результатов расчета дополнен новой операцией, которая позволяет помимо
эквивалентных напряжений получать значения главных напряжений. Напомним, что
главными напряжениями называются нормальные напряжения, действующие по площадкам,
к которым не приложены напряжения сдвига. Набором трех главных напряжений можно
описать всю совокупность возможных напряжений — как нормальных, так и касательных,
действующих по произвольным граням.
В предыдущей версии APM WinStructure3D расчет конструкций предусматривал закрепление абсолютно жесткими опорами, а сейчас добавлен расчет податливых опор с заданной характеристикой жесткости. Таким образом, появилась возможность расчета конструкций, находящихся на упругом основании, с линейной характеристикой этого основания.
Отметим, что в системе APM WinStructure3D имеется возможность ввода полного
набора силовых факторов, которые можно приложить в любой точке конструкции.
Кроме того, нагрузка может быть задана в форме деформаций отдельных точек конструкции.
Последняя операция появилась в новой редакции системы в мае нынешнего года.
Для строителей полезной процедурой является ввод ветровых и снеговых нагрузок,
которые могут быть введены согласно СНиП; также возможен учет собственного веса
конструкции.
Кроме того, отдельно решается задача расчета в области больших деформаций.
***
Работа по совершенствованию и развитию системы успешно продолжается. Следует особо подчеркнуть, что эта чисто российская разработка не уступает мировым аналогам при решении аналогичных задач. Кроме российского пользователя ее удобство и функциональные особенности уже оценили пользователи Южной Кореи, где данная система неплохо продается наряду с другими программными продуктами, разработанными в НТЦ АПМ.
Ценовая политика НТЦ АПМ в настоящий момент является наиболее привлекательной для российского пользователя. Предлагаемые продукты являются самыми дешевыми на отечественном рынке, что делает их наиболее доступными для проектировщика. Иными словами, мы делаем все, чтобы конструкции, построенные в России, были оптимальными по расходу металла, экономически привлекательными и конкурентоспособными. Использование при этом системы APM WinStructure3D позволит вам идти в ногу со временем и даже опережать его!
«САПР и графика» 8'2001
