ANSYS/CivilFEM - международный язык расчетов объектов промышленного и гражданского строительства

© CADFEM 2013

CivilFEM for ANSYS - международный язык

расчетов объектов промышленного и

гражданского строительств

Кабанов Юрий

Директор

ООО «КАДФЕМ Украина»

Конференция

«Интеграция в мировой строительный рынок.

Как обеспечить конкурентоспособность?»

11 апреля 2017 года, г. Киев

|

Ужгород Черновцы

Одесса

Винница

Житомир Киев

Луцк

Львов

Тернополь

Ровно

Чернигов

Запорожье

Днепропетровск

Симферополь

Луганск

Донецк

Харьков

Суммы

ПолтаваЧеркассы

Кировоград

Николаев

CADFEM Сегодня

Украинский филиал ANSYS и клиенты

▪ Создана в ноябре 2011▪ 4 сотрудника▪ Поддержка и развитие

бизнеса в Украине▪ 30+ лицензионных

клиентов

КАДФЕМ Украина

Competence Center

Клиенты в Украине

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/thumb/a/af/Antonov_logo.svg/600px-Antonov_logo.svg.png

|

обеспечение (CAE)Программное


обучениеПрофессиональное

▪ Более 50 стандартных и адаптированных учебных курсов ANSYS и др.

▪ Поставка, внедрение, техническая поддержка и сопровождение

|


▪ Сертификация сотрудников компании по учебным программам ANSYS

▪ Прямой дистрибьютор компании ANSYS в Украине

|

▪ Компетенция в различных областях физики FEM/CFD

Консалтинг

|

системыОперационные

Суперкомпьютеры

ПОСТАВКА-КОНСУЛЬТАЦИИ-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА

Platform Cluster Manager

Высокопроизводительные вычисления

|

Научно-технический журналwww.ansyssolutions.ru

|

Успешное сотрудничество со многими ВУЗами

Подготовка инженеров нового поколения -специалистов в области наукоемкого компьютерного инжиниринга и менеджмента

|

Клиенты КАДФЕМ в Украине

|

Клиенты ANSYS

http://www.gm.com/

http://www.deere.com/

© КАДФЕМ Украина 2016–2017

Программный комплекс ANSYS


Почему ANSYS?

ANSYS представляет собой широкий набор взаимодействующих

расчетных средств для решения любых задач (МДТТ, CFD, Explicit,

электромагнитные задачи).


Почему ANSYS?

Ключевые преимущества базовых пакетов• Высокий уровень интеграции с CAD-системами: поддержка всех современных CAD

платформ и наличие собственных геометрических препроцессоров для модификации геометрии.

• Автоматическое распознавание связей (контактов, интерфейсов, шарниров) при импорте сборок.

• Наличие единой расчетной системы ANSYS Workbench, доступности расширенных технологий автоматизированного построения сеток, библиотек моделей материалов.

• Точные и быстрые решатели всех классов задач, имеющие практически линейную масштабируемость на высокопроизводительных вычислительных ресурсах. Это позволяет получать точные результаты в кратчайшее время.

• Гарантированная возможность использования на высокопроизводительных вычислительных ресурсах.

• ANSYS предоставляет широкий набор средств постпроцессинга, помогающих детально изучить полученные результаты и произвести правильную их интерпретацию.

• Возможность проведения параметрических расчетов по сценарию «А что, если…». Эта возможность может быть расширена до оптимизационных расчетов и робастного проектирования за счет применения ANSYS DesignXplorer или ANSYS (Dynardo)optiSLang.

• Глубокие возможности кастомизации и автоматизации.


Возможности ANSYS в области

механики деформируемого

твердого тела


Базовые возможности для геомеханики и задач ПГС

ANSYS Mechanical

• Более 300 типов конечных элементов (балки, стержни, тросы, упруго-

демпфирующие элементы, 2D-элементы (осесимметричные,

плосконапряженные, плоскодеформированные), оболочки, твердотельные

элементы, Solid-shell-элементы и т.д.).

• Слоистые элементы и возможности армирования.

• Специальные модели материалов для бетонов и геомеханики.

• Эффекты предварительного нагружения.

• Технологии методов статических и динамических подконструкций.

• Рождение и смерть конечных элементов для учета стадийности строительства

или экскавации породы и т.д.

• Все типы прочностных и динамических расчетов конструкций (статика,

квазистатика, нестационарные расчеты, гармонический отклик, случайное

нагружение, спектральные расчеты, расчеты линейной и нелинейной

устойчивости).

• Автоматический перенос нагрузок из CFD-расчета (гидравлика, ветровая

нагрузка и т.д.).


Расчеты на прочность строительных конструкций

▪ Расчёт перекрытий с учётом

физической нелинейности.

▪ Расчёт фундаментов с учётом

грунта в нелинейной постановке.

▪ Геометрически нелинейный расчёт

с поэтапным включением в работу

железобетона на стадии монтажа.

Учитывается эффект

предварительного напряжения

части конструкции при её

работе как опалубки.



Моделирование

конструкции при

помощи балочных

элементов ANSYS

Модель дворца спорта



«Смешанные» балочные,

оболочечные и твердотельные

конструкции



19

Монолитные железобетонные

сооружения.

Фрагмент высотного здания


Расчет сейсмического воздействия

НДС от воздействия и исходная акселерограмма землетрясения

Анализ сейсмической устойчивости каркасно-монолитного здания методом

пошагового интегрирования реальной записи землетрясения – акселерограммы –

зависимости ускорения от времени, с учетом сейсмического микрорайонирования

района расположения здания и особенностей его тектонического строения.

Переходный динамический расчет в ANSYS Mechanical


Анализ устойчивости

Моделирование устойчивости грунта при рытье котлована с

применением подпорной стены.

Грунт по Друкеру-Прагеру.

Исходное НС

НС перед

опрокидыванием


ANSYS Mechanical и аналитический расчет

Верификационная задача устойчивости склона

Коэф. запаса по устойчивости для угла

склона

30 35 40 45 50

МКЭ

Критерий Друкера-

Прагера

1,78 1,62 1,48 1,36 1,29

Критерий Мора-Кулона 1,47 1,34 1,22 1,12 1,06

Аналитические

методы

Упрошенный метод

Бишопа

1,394 1,259 1,15 1,06 0,99

Метод Спенсера 1,46 1,32 1,21 1,12 1,04

Высота 20 м, удельный вес 25 кН/м3,

модуль Юнга 10 МПа,

коэффициент Пуассона 0,2,

когезия 42 кПа, угол трения 17°.


Дополнительные модули для геомеханики

CivilFEM for ANSYS

• Геотехнический модуль

• Модуль Мосты и нелинейности

• Преднапряженный бетон

Кроме этого:

• NPP Module (Nuclear and Power Plants)

• CivilFEM Multidiscipline

Библиотека Dynardo

multiPlas

– Специальные модели

пористых сред, учета

просачиваемости


трещиноватых пород

– Модели кирпичной и

каменной кладки


бетонов


CivilFEM for ANSYS

• Библиотека геотехнических свойств дляпочв и пород

• Фундаменты неглубокого заложения

• Фундаменты глубокого заложения (свайные)

• Проектирование подпорных стенок

• Подземные конструкции (тоннели)

• Анализ устойчивости склонов и откосов

• Анализ фильтрации, просачиваемости

• И др.


CivilFEM for ANSYS

• Ползучесть и коробление бетонов

• Моделирование мостов

• Генерация общепринятых сечений мостов

• Генерация геометрической и КЭ-модели на основебалочных (1D) и твердотельных (3D) элементов

• Генерация нагрузок

• Автоматическое комбинирование нагрузок

• Моделирование процесса строительства

M N

M X

X

Y

Z


Библиотеки материалов и стандарты

Стандарты проектирования –

Nuclear Codes (Атомная отрасль)

ACI 349-01

ACI 359-04

ACI 359 Sec. 3 Division 2

ANSI/AISC N690-94/06 (LRFD/ASD)

ASME B&PV Code Section III,

Subsection NF

AISC Code ASD 9th Edition

ASCE 4-98

EPRI NP-6041-SL

ITER Structural Design Code

ETC-C (в середине 2017 г.)

Библиотека материалов

ANSYS/CivilFEM

CEB-FIP Model code

Eurocode No.2

Eurocode No.3

ACI 318 - 05

AISC

British Standard

UNE

ASTM

EHE

EA

Chinese code GB-50010

Chinese code GB-50017

Brazilian Code NBR6118

Indian Standard 456

Russian Cπ 52/101/03


Частные задачи геомеханики

Нелинейный связанный

гидромеханический расчет опор Ж/Д

моста

Оценка дамб и запрудных сооружений

Устойчивость основания

опор

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00

Verformung (mm)

Zu

gkraft

(kN

)

Нелинейные расчеты устойчивости

туннеля

Тесты на разрыв закреплений арматуры в

бетоне


Нелинейный расчет опор Ж/Д моста

Оценка воздействия на грунт от

опор при прохождении поезда

Задачи:

1.Создание параметрической модели в ANSYS

2.Построение сетки в ANSYS

3.Расчет динамической нагрузки от проходящего поезда в ANSYS

4.Нелинейный расчет воздействия на грунт в ANSYS с помощью multiPlas

(модель Мора-Кулона)


Нелинейный расчет воздействия на грунт

в ANSYS с помощью multiPlas (модель

Мора-Кулона)

Пластические деформации

Начало текучестиОбщие деформации

Нелинейный расчет опор Ж/Д моста


- Нелинейное

нагружение

- Почва и основание

моделируются моделью

Мора-Кулона в multiPlas

Определение устойчивости основания опор

Устойчивость основания опор


Моделирование быстропротекающих процессов

• Разрыв трубы в массиве грунта

• Ударное воздействие на ЖБ конструкции


Дифракционное взаимодействие ударной волны с элементами моста


Деформации элементов моста


Поврежденность бетонов при ударном воздействии

Эпюры поврежденности материала показывают зоны, где конструкция

ослабляется вследствие изменения свойств под действием нагрузки.


Реакторное отделение

Атомная электростанция

АЭС рассчитывается на самые разные

экстремальные нагрузки: землетрясения,

ураганы, на удар различных летальных

аппаратов.

Удар самолета – это очень интенсивная и

кратковременная нагрузка которая

локализована в небольшом «пятне удара».


m2(t) = mc – m1(t)

dt

dmuF

dt

Qd ie

ii

)()(2

tttPtR

01 xQ

xPRF eix

xu tdt

dm1

В инженерной практике для построения модели нагружения при ударе самолета

используют формулу Риеры. Ф-ла основывается на рассмотрении удара упругой

тонкостенной цилиндрической оболочки в абс. тв. стену.

Модель нагружения (формула Риеры, 1968)


Нагр

узка

R, М

Н

Время t, с

120

100

80

60

40

20

0.0 0.02 0.04 0.06 0.08

0

Верификация формулы Риеры

Функция нагружения для самолета Фантом представлена на рисунке справа. Отметим, что самолет ударяется со скорость 200м/с, его масса достигает 20 тонн.

В лаборатории Сандия был проведен эксперимент по определению нагрузки на строительные конструкции при ударе самолета Фантом, который подтвердил данную кривую.


Результаты моделирования


Больше чем расчет в ANSYS

Комплексная оценка безопасности

строительных конструкция

КонструкцияНабор

датчиковРасчетное

ПО

Оценка рисков

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ

И ПРОЧНОСТИ

МЕТАЛЛОКНОСТРУКЦИЙ

МОБИЛЬНОЙ БАШНИ

ОБСЛУЖИВАНИЯ

КОСМОДРОМА «ВОСТОЧНЫЙ»


Нагрузки

МБО КОСМОДРОМА «ВОСТОЧНЫЙ»

• Комбинации нагрузок, в т. ч. по СНиП.

• Статика, динамика, гармонический

анализ для сценариев погодных

условий, старта, землетрясения.


Комплексная оценка безопасности


Возможности ANSYS в области

гидрогазодинамики


Аэродинамическое воздействие

Аэродинамическая нагрузка на высотное здание в виде распределения давления с учетом окружающей застройки

Оценка устойчивости

моста при

пульсирующей

аэродинамической

нагрузке, вызванной

нестационарным

отрывным

характером обтекания


Климат-контроль

Анализ теплового состояния объектов внутри и снаружи помещений.

Оптимизация систем охлаждения, обогрева и вентиляции с учетом сложной топологии реальных геометрических объектов помещения и оборудования, а также нестационарности протекающих процессов.


Протекание чрезвычайных ситуаций

Расчетная оценка пожарного риска в подземных

вестибюлях станции метрополитена.

Предложенная методика решения подобных

задач основана на численном моделировании

нестационарных турбулентных процессов с

учетом химических реакций в турбулентном

потоке.

Для описания развития очага пожара внутри

вагона метро была разработана

пользовательская модель, в которой для

определения пожарной нагрузки задавалась

скорость распространения фронта пламени,

скорость выделения продуктов сгорения и

мощность объемного источника тепла.

Проведено тестирование разработанного

подхода на достоверность получаемых

расчетных температурных полей, полей

концентрации продуктов горения, кислорода и

пр. внутри помещений станции при естественной

и принудительной противодымной вентиляции.


Протекание чрезвычайных ситуаций

Поверочные расчеты системы

дымоудаления и вентиляции подземной

станции скоростного трамвая VTA (США,

округ Санта-Клара). В расчетах

использовалась оригинальная методика

апробированная на проектах для МЧС

России.


Гидравлика и гидродинамика

Моделирование работы

канализационного стояка многоэтажного

здания. Исследование на предмет

нарушения гидрозатвора.

Моделирование работы очистных

сооружений. Исследования в области

снижения гидравлического

сопротивления.


Мы предлагаем…

Сотрудничество в рамках оказания консультационных услуг по проведению численного моделирования инженерных задач

• Индивидуальный подход – от простого к сложному

• Богатый опыт моделирования задач различной сложности и направленности

• Гибкая ценовая политика

© CADFEM 2013 |

ООО «КАДФЕМ Украина»

Украина, 01133, Киев,

бул. Леси Украинки, 34, офис 433

тел.: (044) 360-7543

mail: [email protected]

© КАДФЕМ Украина 2017

Engineering

ANSYS/CivilFEM - международный язык расчетов объектов промышленного и гражданского строительства