Слободян Ярослав Омелянович. Автоматизація нелінійного розрахунку складних просторових систем споруд методом скінченних елементів : дис... д-ра техн. наук: 05.13.12 / Київський національний ун-т будівництва і архітектури. - К., 2005.
Анотація до роботи:
Слободян Ярослав Омелянович. Автоматизація нелінійного розрахунку складних просторових систем споруд методом скінченних елементів. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.12 – системи автоматизації проектувальних робіт. Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2005.
Захищається новий підхід, який базується на новому методі автоматизації нелінійного розрахунку, чисельному експерименті з використанням сучасних комп'ютерних технологій у САПР життєвого циклу об’єктів будівництва у звичайних і складних грунтових умовах. Створення ефективної, універсальної і достовірної математичної моделі нелінійного деформування складних просторових систем споруд і єдиним експонентним законом деформування матеріалів конструкцій та грунту у всьому діапазоні силових та деформаційних навантажень. Розробка і реалізація алгоритмів та програм у сучасному програмному забезпеченні загального методу автоматизації нелінійного розрахунку на основі методу скінченних елементів, суперелементів та шагового методу послідовного навантаження. Проведення комплексу чисельних досліджень, аналіз і узагальнення результатів досліджень.
Результати досліджень впроваджені при розробці ПК ЛІРА у САПР, який використовується численними вітчизняними і зарубіжними організаціями в процесі проектування, у навчальному процесі, при розробці нормативних документів, а також для проведення чисельних досліджень напружено-деформованого стану і розрахункового обґрунтування безпеки зведення, експлуатації і реконструкції особливо відповідальних, в тому числі аварійних споруд у звичайних і складних ґрунтових умовах України та зарубіжжя. Зокрема, при вирівнюванні автоматизованими домкратними системами житлових споруд: 14-ти поверхової у Москві, 9-ти поверхових у Тбілісі та Катовіце (Польща).
У дисертаційній роботі вирішена актуальна наукова проблема розроблення науково-обгрунтованих основ математичного моделювання, створення та використання автоматизованих систем проектування, прийняття оптимальних проектних рішень в ситуаціях невизначеності, обумовлених реальним станом об’єктів будівництва в звичайних та складних ґрунтових умовах України. На основі застосування системного підходу, ідей і методів математичного моделювання, сучасних інформаційних технологій у роботі створені математичні моделі, алгоритмічні та програмні засоби САПР, застосування яких дозволило суттєво поліпшити якісні та кількісні показники автоматизованого проектування об’єктів будівництва в Україні.
У дисертації одержані такі основні теоретичні та практичні результати.
Вперше створено математичне та програмне забезпечення САПР на основі ПК ЛІРА із застосуванням запропонованих універсальних, ефективних і адекватних математичних моделей та загального методу нелінійного аналізу складних просторових систем споруд у всьому діапазоні складних режимів силових і деформаційних навантажень. У рамках вирішеної проблеми САПР здійснено вибір і обґрунтування єдиного закону деформування матеріалів конструкцій і ґрунту для розв’язання нелінійної задачі, що дозволяє отримати оптимальні проектні рішення складних просторових систем споруд.
На базі методу скінченних елементів і суперелементів, методу оптимізації, шагового методу послідовного навантаження розроблені і реалізовані ефективні алгоритми та програмне забезпечення САПР для аналізу станів складних просторових систем споруда-основа при силових і деформаційних навантаженнях. Інваріантість схеми чисельної дискретизації щодо конкретних особливостей просторового обрису об'єктів дозволяє розглянути з єдиних позицій широке коло задач автоматизації нелінійного аналізу і проектування складних просторових систем споруда-основа в екстремальних умовах статичних режимів навантажень.
Запропоновано та реалізовано на основі єдиного алгоритму загальний метод автоматизації нелінійного розрахунку для дослідження процесу нелінійного деформування просторової системи споруда-основа для можливих і принципово різних комбінацій лінійних та нелінійних станів споруди та основи у всьому діапазоні силових та деформаційних навантажень, який дозволяє оптимізувати обчислювальний процес у залежності від конкретних особливостей станів об’єктів дослідження.
Встановлено, що застосування запропонованої суперелементної моделі системи споруда-основа підвищує більш ніж на порядок ефективність загального методу автоматизованого розрахунку, що суттєво знижує трудомісткість і об’єм обчислювальних операцій і підвищує якість і економічність проектних рішень.
Запропонований загальний метод автоматизації нелінійного розрахунку на основі шагового методу послідовного навантаження є ефективною алгоритмічною основою комплексного аналізу нелінійного деформування систем споруда-основа при силових і деформаційних навантаженнях, у тому числі, у випадках виникнення зон порушення контакту в процесі еволюції режимів деформаційних навантажень.
Створений універсальний математичний метод реалізований у вигляді алгоритмів і програм у сучасному промисловому програмному комплексі ЛІРА, що дозволяє ефективно і достовірно розв’язувати нелінійні задачі статики складних просторових систем споруд при силових і деформаційних навантаженнях.
Адекватність запропонованих математичних моделей і загального методу чисельного аналізу складних просторових систем споруда-основа підтверджена високою збіжністю результатів тестових прикладів з даними відомих експериментальних і натурних досліджень нелінійного деформування пластинчатих і стержневих систем та основних видів ґрунтів.
Виконано комплекс чисельних досліджень, зокрема, експериментальної 9-ти поверхової споруди, на основі яких виявлено суттєвий вплив при врахуванні найважливішого фактора нелінійності взаємодії споруди і основи на якісні і кількісні оцінки параметрів, що характеризують протікання статичних процесів при різних варіантах силових і деформаційних навантажень. Виявлено суттєві ефекти при врахуванні просторової схеми моделювання і процесу зведення споруд при деформаційних навантаженнях.
Встановлено загальні закономірності розподілу напружень і деформацій у просторовій системі споруда-основа при різних комбінаціях моделей і режимів навантажень. Показано, що застосування фізично нелінійних моделей споруди і основи дозволяє багаторазово знижувати напруження в системі і давати вичерпний прогноз змін структури статичних станів при варіюванні параметрів зовнішніх навантажень. Цей прогноз передбачає еволюційний розвиток напружено-деформованого стану системи споруда-основа в процесі силових і деформаційних навантажень та перетворення його у вихідний стан, що відповідає проектному положенню об'єкта дослідження.
Результати виконаних досліджень використані при розробці ПК ЛІРА у САПР, що використовується численними вітчизняними і зарубіжними організаціями, у навчальному процесі, при розробці нормативних документів, в процесі проектування, а також для проведення чисельних досліджень напружено-деформованого стану і автоматизованого розрахункового обґрунтування безпеки зведення, експлуатації і реконструкції особливо відповідальних об’єктів АЕС України в умовах екстремальних навантажень, в тому числі аварійних споруд у звичайних і складних ґрунтових умовах країни і зарубіжжя. Зокрема, при вирівнюванні автоматизованими домкратними системами житлових споруд: 14-ти поверхової у Москві, 9-ти поверхових у Тбілісі та Катовіце.
Публікації автора:
Клепиков С.Н., Слободян Я.Е. Взаимодействие балки с нелинейно-неупругим неоднородным основанием во всем диапазоне нагружения // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1989. -№ 4. - С. 22-24.
Клепиков С.Н., Слободян Я.Е. Расчет зданий при многократной подработке // Строительная механика и расчет сооружений. - 1990. -№ 2. - С. 62-65.
Программный комплекс ЛИРА-Windows. Теоретические основи / Городецкий А.С., Слободян Я.Е. и др. -Киев: НИИАСС. - 1997. -90 с.
Болотов Ю.К., Слободян Я.О., Мілявський В.Г., Садовий В.С. Нові технології при відновлюванні експлуатаційної придатності аврійного житлового будинку // Будівництво України. –1997. -№4. –С. 17-18.
Козачевский А.И., Слободян Я.Е. Оптимизация площади рабочей арматуры элементов железобетонных конструкций // Ресурсосберегающие технологии автоматизированного проектирования и управления в строительстве. -Киев: НИИСП. - 1987. -С. 45-50.
Клепиков С.Н., Слободян Я.Е., Козачевский А.И. Напряженно-деформированное состояние рамных каркасов с балочными фундаментами при воздействиях неравномерных оседаний основания // Строительные конструкции. - Киев. - 1988. - Вып. 41. - С. 31-35.
Клепиков С.Н., Слободян Я.Е. Расчет перекрестной системы на воздействия просадки основания // Основания и фундаменты. - Киев. - 1989. - Вып. 22. - С. 34-38.
Слободян Я.Е., Кисиль А.И. Распределение усилий в стенах высотного здания при подработке // Методы расчета и исследования зданий и оснований на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах. - Киев: НИИСК. - 1990. - С. 12-16.
Слободян Я.Е. Расчет конструкций фундаментов на многократные воздействия горизонтальных деформаций основания // Строительные конструкции. - Киев. - 1990. - Вып. 43. - С. 21-27.
Слободян Я.Е. Расчет жилых зданий на нелинейно-деформируемом основании при карстовых проявлениях // Строительные конструкции. - Киев. - 1993.- Вып. 45-46. - С. 107-110.
Слободян Я.О. Експериментальне обґрунтування чисельного розв’язання нелінійно-непружних контактних задач взаємодії споруд з нерівномірно-деформованими основами // Опір матеріалів і теорія споруд. -Київ: КНУБА. - 2000. - Вип. 68. - С. 147-155.
Козачевский А.И., Слободян Я.Е. К вопросу оптимизации несущих пространственных стержневых систем сооружений на деформируемом основании // Конструкции гражданских зданий. - Киев: КиевЗНИИЭП. - 2001. -С. 61-67.
Слободян Я.О. Оцінка точності чисельного розв’язання нелінійних контактних задач взаємодії споруд з основами // Опір матеріалів і теорія споруд. – Київ: КНУБА. - 2002. - Вип. 70. - С. 136-144.
Козачевский А.И., Слободян Я.Е. К вопросу построения расчетных моделей систем “сооружение-основание”// Конструкции гражданских зданий. - Киев: КиевЗНИИЭП. - 2003. -С.79-88.
Баженов В.А., Слободян Я.О. Моделювання нелінійного деформування складних просторових систем споруд при силових та деформаційних впливах // Опір матеріалів і теорія споруд. - Київ: КНУБА. - 2003. - Вип.72. - С. 41-73.
Баженов В.А., Слободян Я.О. Чисельні дослідження напружено деформованого стану споруд при ступінчатих деформаціях земної поверхні // Опір матеріалів і теорія споруд. - Київ: КНУБА. - 2003. - Вип..73. - С. 91-99.
Баженов В.А., Слободян Я.О. Застосування сучасних комп’ютерних технологій розрахунку і проектування для обгрунтування безпеки об’єктів атомної енергії // Опір матеріалів і теорія споруд. - Київ: КНУБА. -2004. - Вип..74. - С. 35-43.
Баженов В.А., Слободян Я.О. Автоматизація оптимального проектування просторових систем споруд // Опір матеріалів і теорія споруд. - Київ: КНУБА. - 2004. - Вип..75. - С. 96-100.
Слободян Я.О., Білеуш А.І, Євтодій О.О, Шаравара Н.П. Застосування інформаційних технологій автоматизації проектування для дослідження конструкцій на нелінійно деформованій основі // Вісник НАУ. - Київ. - 2004. -№ 4. - С. 131-133.
Слободян Я.О., Гузь А.В., Кудря Ю.С. Нові інформаційні технології автоматизації проектування і дослідження нелінійного деформування пластинчатих конструкцій // Вісник НАУ. - Київ. - 2004. -№ 4. - С. 128-130.
Слободян Я.О. Автоматизація нелінійного розрахунку просторових систем споруд в складних умовах деформаційних навантажень // Коммунальное хозяйство городов. –Вып. 60. –Киев: Техника, 2004. –С. 109-119.
Слободян Я.О. Математичне моделювання споруд у задачах автоматизації проектувальних робіт // Проблеми системного підходу в економіці. - Київ. - 2004. - Вип. 6. - С. 189-191.
Клепиков С.Н., Слободян Я.Е. Расчет конструкций сооружений на многократные воздействия вертикальных и горизонтальных смещений земной поверхности // Problemy naukowo-badawcze budownictwa. - Rzeszow: Politechnika Rzeszowska. - 1994. - Tom 2. - P. 115-122.
Slobodyan Y., Bolotow J., Zotow W. Obliczanie I zabezpieczenie budowli przed wplywem deformacji gorniczych // Budownictwo. - Gliwice: Politechnika Slaska. - 1995. - P. 527-530.
Bolotow J., Slobodyan Y., Zotow W., Majewski S., Szojda L. Zabezpieczenie budynkow metoda kompensacji osiadan // Awarie budowlane. - Szczecin: Politechnika Szczecinska. - 1996. - Tom 2. - P. 535-542.
Slobodyan Y., Majewski S., Genzerskiy Y. FEM software package LIRA-W for structural design // Finite Element Metods & Standards. - Stuttgart: Universitat. - 1997. - P. 67-75.
Слободян Я.Е., Болотов Ю.К., Зотов В.Д. Расчет и защита высотного жилого дома в Москве при аварийных воздействиях деформаций основания // Современные проблемы механики грунтов и охраны геологической среды. -Ростов-на-Дону: РГУ. -1998. -С. 46-47.
Городецкий А.С., Слободян Я.Е. Решение нелинейных задач взаимодействия сооружений с основанием с помощью ПК Лира-Windows // Проблемы тонкостенных пространственных систем. - Тбилиси: Грузинский технический университет. - 2001. - С.53-57.
У спільних публікаціях [1, 2, 3] автору належать математичні моделі та метод автоматизації розрахунку систем споруда-основа при силових та деформаційних навантаженнях в звичайних та складних грунтових умовах, алгоритмізація і реалізація методу у вигляді програм ПК ЛІРА у САПР.
У спільних публікаціях [4-8, 12, 14, 19, 20, 23-27, 28] автору належать математичні моделі, метод автоматизації розрахунку у САПР та нові результати дослідження нелінійного деформування систем споруда-основа при силових та деформаційних навантаженнях в звичайних та складних грунтових умовах, узагальнення результатів досліджень.
