Software & Systems

Автоматизированному проектированию стало уделяться заслуженно больше внимания, нежели ранее. Причиной тому неподдельная заинтересованность в росте производительности труда проектировщиков.

Сегодня речь пойдет о комплексе "КАППА" – российском продукте, созданном в Уфимском государственном нефтяном техническом университете. Комплекс предназначен для расчета широкого диапазона геотехнических сооружений: автодорог, каналов, причалов, дамб, набережных, береговых опор мостов, дорожных насыпей и хранилищ, в которых используются геосинтетичес- кие (ГС) материалы.

Необходимость разработки комплекса обоснованна тем, что российские строительные САПР не имеют возможности моделирования подобного анизотропного материала, а приобретение зарубежных универсальных комплексов не всегда оправдывается экономически.

В основу комплекса положен анализ геотехнических сооружений методом конечных элементов. Времена, когда инженер-геотехник занимался составлением малопонятных таблиц чисел, безвозвратно миновали, как и времена диалогового режима, когда после заполнения многочисленных окон и диалогов на экране отображалось совсем не то, что надо, и все приходилось делать заново. Настала эра графического интерфейса с простым и легким использованием мыши. Но поскольку комплекс носит утилитарный характер, в процессе разработки концепции САПР решено было использовать огромные графические возможности AutoCAD2000 фирмы Autodesk Inc. (США).

Метод конечных элементов предполагает нанесение на все сооружение конечно-элементной сети. Хорошо известно, что от качества ее нанесения зависит точность проводимой аппроксимации. Теоретически конечный элемент (КЭ) может быть любой формы, однако поскольку слои ГС располагаются строго горизонтально или вертикально, был разработан изопараметрический четырехугольный КЭ произвольной формы. Изопараметрическим он называется по причине равенства узловых точек и сторон КЭ, а следовательно, функций формы этих сторон.

Практически дифференцирование уравнений функций формы и вывод матрицы жесткости может быть выполнен вручную, но автором для этой цели был использован пакет Maple V Release 4 фирмы Waterloo Maple (Канада). Преимущества использования пакета символьной математики становятся очевидными, когда встает вопрос о выборе между моно- и полиэлементным типом конечно-элементной модели (КЭМ). Кроме того, в процессе работы было неоспоримо доказано, что удобства разработки КЭ по СОМ-технологии толкают к созданию новой комбинированной КЭМ. В действительности КЭМ удобнее составлять из одинаковых элементов, имеющих идентичные порядки матриц жесткости. И хотя грунт и геоткань должны быть представлены моделями сплошного тела и стержня соответственно, решено было разработать комбинированный КЭ. У такой КЭМ появляются задатки моноэлементной КЭМ, но она остается полиэлементной. В случае отсутствия ГС материала в возможных положениях в КЭ производится суммирование нулевой матрицы с общей матрицей жесткости КЭ и, следовательно, жесткость ГС не учитывается.

Следующее преимущество СОМ-технологии было выявлено при разработке интерфейса графического ввода/вывода. Так, оказалось нерационально хранить данные о свойствах грунта, заделках, внутренних и внешних усилиях, действующих на сооружение, в графической базе данных (ГБД) AutoCAD разрозненно. В самом деле, для отыскания необходимого параметра потребуется ввести отдельные циклы по нумерации степеней свободы для каждого элемента расчетной схемы, что увеличивает затраты времени при работе с системой. При использовании единого объекта (под объектом в программировании понимается совокупность данных и методов манипулирования этими данными) прочностные, фильтрационные свойства грунта, данные о четырех координатах узлов, действующие усилия и наложенные закрепления хранятся совместно, что значительно поднимает производительность комплекса.

К недостаткам комплекса следует отнести его способность решать задачи лишь в плоской постановке. Возможность пространственного проектирования геосооружений станет объектом приложения дальнейших усилий.

Более подробно о программном комплексе «КАППА2000» можно узнать, посетив сайт www.kappasoft.narod.ru или написав письмо по адресу ugntu(u>mail.ru.