Насколько целесообразно применять расчетные схемы содержащие миллионы узлов и элементов?

Этот вопрос очень характерен, хотя и возник в результате ознакомления с материалом помещенным на сайте www.hexa.ru. Вот выдержки из этого материала: «К настоящему времени был выполнен ряд экспертных работ, в которых анализировалась конструктивная прочность здания аквапарка «Трансвааль». Ни в одной из этих работ не было однозначно указано на истинную причину обрушения данного сооружения. В качестве основного инструмента для определения напряженно-деформированного состояния (НДС) и динамических характеристик конструкции при различных видах воздействия в этих работах используется численный метод конечных элементов, реализованный в различных программных системах: ЛИРА, SCAD, ANSYS, СТАДИО. Для проведения расчетного анализа результаты которого приводятся на сайте www.hexa.ru использовалась программа ABAQUS при построении модели было решено: «…создать КЭ модель покрытия с моделированием объемными элементами опорного контура и прилегающих к опорному контуру зон оболочки, имеющих переменную толщину; задать балочными элементами всю арматуру, установленную в объеме бетона, в соответствии с чертежами; арматуру ребер задать балочными элементами; для бетона учесть нелинейное поведение материала с различными характеристиками на сжатие и растяжение; конструкцию опорных колонн со связями моделировать оболочечными элементами с подробной проработкой соединений и опорных узлов. В результате была получена расчетная модель, размерность которой составила порядка 2 миллионов элементов, что превзошло детализацию конструкции в 20 раз по сравнению с представленными ранее моделями в расчетах экспертных организаций».

В выводах содержится такая фраза: «Если бы такой анализ прочности конструкции, как мы вам представили, был проведен на стадии проектирования и принятия окончательных решений, то с большой вероятностью можно утверждать, что все ошибки проектирования были бы обнаружены. И данное сооружение не было бы построено или проект претерпел бы серьезные доработки».Во-первых экспертизу по указанным программам проводили очень компетентные организации, такие как ЦНИИСК, НИИЖБ, МГСУ, НИИАСС. При этом использовались достаточно подробные расчетные схемы. Причины аварии были однозначно указаны, и ничего нового с тех пор не появилось. В указанном материале (имеется в виду www.hexa.ru) выводы носят скорее эмоциональный, чем профессиональный характер.

Во-вторых, ответ по существу: для избегания подобных ситуаций необходимо, прежде всего, подробное и адекватное осмысление работы конструкций. И для этого использование «многомиллионных» расчетных схем далеко необязательно. Более того, оно в ряде случаев может носить вредоносный характер так как «за деревьями можно не увидеть леса». К такому выводу приходят многочисленные дискуссии на эту тему на различных конференциях и семинарах специалистов по строительной механике. Подробно эта тема обсуждается в публикациях:

• А.В. Перельмутер, В.И. Сливкер. «Расчетные модели сооружений и возможность их анализа»;
• А.С. Городецкий, И.Д. Евзеров. «Компьютерные модели конструкций».

Вывод такой:

• Большеразмерные «многомиллионные» схемы надо использовать только в крайних случаях. Более целесообразно: использовать набор упрощенных схем, каждая из которых моделирует то или иное свойство конструкции.
• По возможности проводить компьютерное моделирование процессов жизненного цикла, например, процесса возведения конструкции.
• Широко использовать приемы фрагментации, «вырезая» определенные фрагменты конструкции (плиты перекрытий, отдельные элементы, узлы и др.) и исследовать их НДС на более подробной (в том числе трехмерной) модели. Или наоборот исследовать физико-механические характеристики отдельного фрагмента (например, податливость узла) и использовать эти характеристики в общей модели.