Тема 6. Структура ПК "ЛІРА САПР" та порядок створення розрахункової моделі

На кожному з цих етапів роль участі інженера і роль використовуваного програмного забезпечення різні, так само як і різна їх відповідальність. Важливо звернути увагу на те, що кожен з цих етапів містить елементи моделювання, а значить – вносить і свою долю в накопичення погрішностей при переході від РК до РІ.

Виділення з об’єкту його несучої частини є першим кроком ідеалізації. Умовність і неоднозначність цього кроку характеризується декількома обставинами:

•  різною роллю окремих елементів споруди при різних режимах навантаження – при одних навантаженнях якісь елементи виконують лише роль допоміжних, а при інших вони істотно впливають на гру сил;
•  зміною схеми передачі зусиль при різній інтенсивності навантаження: (змінна роль перегородок);
•  змінами, які можуть відбуватися при різних режимах функціонування об’єкту: багато сучасних споруд належить до трансформовних, і те, що було несучим каркасом в одній конфігурації, може стати баластним вантажем при іншій конфігурації (якщо врахувати стадії виготовлення, перевезення і монтажу, то зміна функцій окремих частин споруди стане швидше правилом, ніж виключенням).

Після того, як вибрана та частина об’єкту, яка фігуруватиме в розрахунку, починається ідеалізація її геометричного образу – геометричне моделювання. Моделювання приводить до створення деякої геометричної моделі конструкції, позбавленої неістотних (на думку розраховувача) деталей, наприклад, дрібних об’єктів типу фасок і скруглень, що не беруться до уваги.

В процесі геометричного моделювання вирішується питання про можливу ідеалізацію об’єкту в сенсі надання йому властивостей регулярності або симетрії, хоча сам об’єкт, можливо, і не є строго регулярним, а умови симетрії можуть бути в незначній мірі порушеними. Проте регулярність і симетрія є такими потужними чинниками скорочення об’єму аналізу, що зазвичай на деякі відхилення не звертають увагу. Приблизно так само міркують при виявленні деяких частин об’єкту, що повторюються, які можна з тією або іншою мірою точності вважати однаковими підсистемами.

Ідеалізація в’язей поширюється і на опис законів взаємодії окремих елементів системи один з одним. Умови повного збігу переміщень або взаємних поворотів в точках з’єднання (абсолютно жорстка в’язь), так само як і відсутність якої б то не було взаємодії по даних видах переміщень (шарнір, повзунок), є досить сильною ідеалізацією реальної картини взаємодії.

Ідеалізація розрахункової моделі і неможливість зробити її абсолютно адекватною реальній конструкції створюють ситуацію деякої невизначеності, і саме в умовах такої невизначеності доводиться приймати проектні рішення.

Невизначеність породжується як недоступністю всієї необхідної інформації (наприклад, нам принципово невідомі всі можливі в майбутньому режими роботи конструкції), так і її неповнотою (ми не можемо точно взнати фізико-механічні властивості в будь-якій точці конструкції). Недоступність деяких видів інформації і її неповнота є принциповими моментами, їх неможливо повністю виключити, і наскільки б детально ми не вивчали поставлену проблему, ми не можемо ніколи сказати, що в розрахунковій моделі враховано все.

Проте не лише недоступність і неповнота даних породжують ситуацію невизначеності. Є ще і їх неоднозначність, тобто можливість різних трактувань одних і тих же чинників, а це вимагає оцінки наявних альтернатив. Відомі класичні підходи до невизначеності, які зводяться до наступних варіантів ухвалення рішень:

• використання теорії ймовірності, коли в основі рішення, що приймається, знаходиться об’єктивний попередній досвід;
•  використання експертних оцінок, тобто ухвалення рішень на основі суб’єктивного досвіду експерта чи колективу експертів;
• мінімаксна оцінка, коли приймається найкраще рішення з числа можливих, в припущенні можливого найгіршого варіанту розвитку подій.

Всі ці варіанти застосовуються окремо чи спільно і направлені на оцінку правдоподібності розрахункової моделі. Є й інші чинники, що визначають приблизність розрахункової моделі і призводять до виникнення помилок, спотворень і протиріч.

Це, по-перше, помилки апроксимації, що виникають або за рахунок приблизності наших знань, або за рахунок їх навмисного загрублення. До такого роду помилок можна віднести використання спрощених математичних описів – вибір поліномів відносно невеликого степеня для опису поля переміщень в методі кінцевих елементів і т. п. Сюди ж відносяться помилки від неузгодженості наукових теорій і гіпотез, використаних для описів різних деталей однієї і тієї ж розрахункової схеми.

Як зазначалося раніше, існує декілька сотень програм, що реалізують МСЕ. Проте більшість з них носить «індивідуальний характер», тобто розроблені для вирішення того або іншого конкретного завдання і, як правило, використовуються лише розробниками. Дуже часто при заданні вихідних даних для таких програм необхідно володіти прийомами програмування.

Промислові програми орієнтовані на масове вживання і, як правило, користувачеві необхідні знання лише з наочної області та базові навики роботи з комп’ютером. Трудомісткість і вартість розробки промислових програм на багато порядків вищі, ніж «індивідуальних». Технологія розробки промислових програм, так само як і реалізація окремих алгоритмів є передовими технологіями і захищені патентами.

Програмний комплекс ЛІРА-САПР– це багатофункціональний програмний комплекс для розрахунку, дослідження і проектування конструкцій різного призначення. ПК ЛІРА-САПР заснований на використанні методу скінченних елементів (МСЕ) у формі переміщень, признаного в світі основним інструментом чисельного аналізу міцності та стійкості будівельних конструкцій.

ПК ЛІРА-САПР успішно застосовується в розрахунках об’єктів будівництва, машинобудування, мостобудування, атомної енергетики, нафтовидобувної промисловості і в багатьох інших сферах, де актуальні методи будівельної механіки.

 ПК ЛІРА-САПР складається з декількох взаємозв’язаних інформаційних систем (рис. 7.3):

1)    ВІЗОР-САПР – система, яка організовує єдине графічне середовище користувача з багаточисельними можливостями синтезу і аналізу вирішуваного завдання;

2)    ПРОЦЕСОР – складається з набору спеціалізованих підпроцесорів, що вирішують завдання в лінійній і нелінійній постановці, проводять розрахунок на стійкість і динамічні дії, реалізовують супер-елементний підхід та дозволяють змоделювати процес зведення конструкції;

3)    ЛАРМ-САПР – система проектування залізобетонних елементів;

4)    СТК-САПР –система проектування сталевих елементів;

5)    КС-САПР – конструктор перерізів;

6)    РС-САПР – редактор бази даних прокатних сортаментів;

7)    КМ-САПР – інтегрована в середовище AutoCAD система, що дозволяє на основі результатів розрахунку провести виконання робочих креслень;

8)    ДОКУМЕНТАТОР – система підготовки конструкторської документації.

Рисунок 7.4 – Загальний вигляд головного вікна системи ВІЗОР-САПР

Структура вікон ПК ЛІРА-САПР стандартна для програм ОС Windows і включає в себе:

-        заголовок вікна, в якому виводиться назва програми та ім’я поточного проекту, міститься панель виклику швидких команд;

-        рядок випадаючих меню, в яких згруповані всі доступні команди;

-        стрічка команд, що об’єднує всі інструменти та елементи керування, розділені на вкладки;

-        панель інструментів, що містить кнопки для виклику найчастіше використовуваних команд;

-        робочу область, в якій у графічній формі відображається побудована розрахункова схема та виводяться результати розрахунку;

-        інформаційний рядок, в якому виводиться коротка інформації про призначення вибраної команди, а також повідомлення і підказки системи. У правій частині інформаційного рядка розміщені три цифрові поля, в яких виводиться інформація про кількість вузлів і елементів моделі, номер активного завантаження і кількість всіх завантажень, передбачених користувачем.

Після створення нової задачі графічне середовище ПК ЛІРА-САПР працює в режимі формування розрахункової схеми. Цей режим надає користувачеві широкий набір інструментальних засобів, операцій і функцій для опису скінченно- елементних моделей конструкцій і споруд широкого класу. Важливе місце відведене створенню стандартних плоских і просторових фрагментів (рам, ферм, оболонок тощо). Отримані таким чином базові елементи можуть надалі копіюватися, переміщатися, зшиватися один з одним, утворюючи у результаті складні просторові розрахункові схеми. Окремий блок функцій реалізує операції задання жорсткостей і їх присвоєння елементам розрахункової схеми.