Структура и содержание дисциплины

№

п/п

Раздел (тема)

дисциплины

Семестр

Неделя семестра

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по неделям семестра)

Форма промежуточной аттестации (по семестрам)

Лек-ции

ПЗ

ЛР

СР

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1.

Общие принципы математического моделирования в строительстве

1

1-2

4

-

-

10

2.

Применение современных программных комплексов в расчетах прочности

1

3-12

20

-

-

20

3.

Применение современных программных комплексов в расчетах аэрогидродинамики и многодисциплинарных задачах

1

13-17

10

-

-

8

ИТОГО:

1

17

34

-

-

38

зачет

№

п/п

Наименование раздела (темы)

Содержание занятия

1

2

3

1.

Математическое моделирование в строительстве.

Предмет математического моделирования. Место численных методов в современных расчетах конструкций и сооружений. Нормативные документы (СНИПы, СП, Еврокоды). Расчетные модели сооружений. Модели нагрузок и воздействий. Критерии подобия. Классические и современные подходы.EXCEL, МathCADиMATLAB. Опыт моделирования в НОЦ КМ МГСУ и НИЦ СТАДИО.

2.

Метод конечных элементов (МКЭ).

Основные понятия и допущения наиболее универсального численного метода – метода конечных элементов (МКЭ). Элементы. Функции формы. Матрицы элементов и конструкции. Матричная алгебра. Методы решения систем линейных алгебраических уравнений. Проблема собственных значений. Обзор рекомендуемой литературы по МКЭ. Основные программные комплексы (ПК) МКЭ. Универсальные и специализированные ПК при анализе причин обрушения СОК “Трансвааль-Парк”. Принципы работы с ПК SCAD, его возможности и рекомендуемая литература.

3.

Основы ANSYS

Структура и модули ПК ANSYS. Основные термины и определения. Запуск и распределение памяти. ИнтерфейсыClassicиWorkbench. Структура графического интерфейса пользователя (GUI). Основные файлы ПК ANSYS. Структура документации ПКANSYS. Основные операции, типы расчетов и команды. Обзор теоретического руководстваANSYS. Обзор верификационного отчета, подготовленного для Российской архитектуры и строительных наук (РААСН). Обзор рекомендуемой литературы и интернет-источников по ANSYS. Основы языка параметрического моделирования APDL.

4.

Моделирование ANSYS

Подготовка модели (препроцессинг). Типы и классификация конечных элементов (КЭ) в ПК ANSYS. Балочные и стержневые КЭ. Оболочечные КЭ. Твердотельные КЭ (солиды) и особенности их применения. Специальные КЭ. Аббревиатуры и панель инструментов. Упражнение (Настройка интерфейса). Стартовый и протокольный файлы.

Упражнение (расчет колонны в командном режиме и с использованием командного файла).

Макросы. Краткий обзор макросов для самостоятельного изучения. Импорт геометрии из CAD-пакетов. Упражнение (загрузка трехмерной модели из AutoDESKREVIT). Упражнение (загрузка модели изGoogleSketchupcиспользованием конвертора). Структура и возможноcтиANSYSICEMCFD. Построение геометрии. Восходящее и нисходящее моделирование. Примитивы и булевы операции. Упражнение (создание модели перекрытия с колоннами и капителями с применением макроса)

5.

Статические расчеты ANSYS

Линейные и нелинейные материалы. Ввод свойств материалов. Атрибуты элементов. Алгоритмы и параметры создания сетки (разбивка). Системы координат и преобразования. Типы нагрузок и их ввод. Граничные условия и заданные перемещения. Условия симметрии. Уравнения связи степеней свободы и совместности деформаций (CP и CE). Процедура решения. Модули решения систем уравнений (солверы) в ANSYS. Прямые и итерационные солверы. Расчет напряженно-деформированного состояния. Упражение (создание и расчет модели многоэтажного здания на грунтовом основании).

Рестарт. Многопроцессорные расчеты задач большой размерности. Обработка и визуализация результатов (постпроцессинг). Результаты по «маршруту» и «в сечении». Вывод оценок погрешностей. Таблицы поэлементных результатов Etable и операции в них. Комбинирование расчетных случаев. Принципы конвертации моделей из ПК SCAD, ПК Лира, ПКMicroFeв ПКANSYSи обратно.

6.

ANSYS Structural. Динамические расчеты

Динамика. Статическая, квазистатическая и динамическая постановки. Принципы и методы расчета форм и частот собственных колебаний. Метод Ланцоша. Демпфирование и демпферы. Преднапряжение. Упражнение (модальный расчет многоэтажного здания). Вынужденные колебания. Гармонический анализ. Суперпозиция форм и прямые динамические расчеты. Принципы моделирования сейсмики. Упражнение (сейсмический расчет многоэтажного здания).

7.

Устойчивость. Нелинейные расчеты.

Субмоделирование. Линейные расчеты на устойчивость. Общая и местная устойчивость.. Упражнение (Расчет колонны СОК “Трансвааль-Парк” на устойчивость в балочной и оболочечной постановках) Принципы нелинейного анализа. Процедура Ньютона-Рафсона. Практическая сходимость, невязки решения и настройка параметров итерационного процесса. Геометрическая нелинейность. Начальные несовершенства. Закритическое поведение и прощелкивание.

8.

Физическая нелинейность и моделирование железобетона

Нелинейное поведение материалов. Пластичность металлов. Упражнение (Физически и геометрически нелинейный расчет колонны СОК “Трансвааль-Парк”). Моделирование резины и дерева. Моделирование бетона и трещинообразование в ANSYS. Подходы к моделированию арматуры. Особенности нелинейных расчетов железобетона. Упражнение (Трехмерный Расчет балки) Расчеты на прогрессирующее обрушение. Упражнение (Расчет типового фрагмента высотного здания на прогрессирующее обрушение). Обзор возможностей ПКDIANAиATENA. Общие принципы динамических нелинейных расчетов.

9

Контактные задачи. Моделирование Грунтов

Контактные задачи. Основные типы контакта. Применение «неразрывного» контакта для соединения частей модели. Их опции и параметры. Подходы к моделированию грунтов. Обзор возможностей ПК PLAXIS,MIDASGTSиFLAC3D. Модели грунтов вANSYS. Особенности нелинейных расчетов грунтов. Подходы к моделированию свай. Учет поэтапности возведения. Упражнение (Расчет сооружения с учетом выемки котлована и поэтапности возведения)

10.

Расчеты полей температур и огнестойкости ANSYS Mechanical и

Теплопроводность. Конвекция. Радиация. Специальные элементы. Особенности подготовки моделей и расчетов теплопередачи. Моделирование пожара. Расчет поля температур в колонне при пожаре. Ввод и интерполяция температур для загрузки в прочностную модель. Расчеты железобетонных конструкций на огнестойкость. Моделирование сварки и остаточных напряжений

11.

ABAQUS

Структура и возможности. Основы работы. Обзор верификационного отчета. Опыт применения в НОЦ КМ МГСУ.

12.

Моделирование ветровых воздействий.

Климатология и районирование. Экстремальные ветровые воздействия и смерчи. Нормативные подходы к расчетам ветровых воздействий на здания и сооружения. Натурные замеры ветра. Критерии подобия. Испытания в аэродинамических трубах (АДТ). Конструкция и возможности АДТ МГСУ.

13.

Решение задач аэрогидродинамики с ANSYSCFD

Уравнения Навье-Стокса. Осреднение по Рейнольдсу. Модели турбулентности. Метод конечных объемов. Основные расчетные ПК и их особенности. Подготовка сеток и препроцессоры. Основы работы с ANSYSCFX. Расчетные области. Граничные условия. Стационарные и нестационарные задачи. Постпроцессор.

14.

Гидрогазодинамические расчеты с ANSYSCFD.

Аэродинамика и аэрация городской застройки. Особенности задач вентиляции. Основы работы с ANSYSFLUENT. Моделирование горения. Многофазные потоки. Решение задач гидротехники. Водосброс. Упражнение (Прорыв дамбы). Цунами.

15.

Аэро и гидроупругость

Аэроупругие эффекты. Резонансы. Галопирование. Моделирование ветроэнергетической установки. Связанные задачи. Моделирование мостов. Динамика и прочность сооружений при ветровых воздействиях и смерчах. Загрузка полей ветровых давлений в прочностную модель градирни и динамический расчет.

16.

Высоконелинейные динамические расчеты LS-DYNAиANSYSAUTODYN

Явные и неявные схемы решения уравнений динамики. Структура и возможности LS-DYNAиANSYSAUTODYNМодели материалов. Разрушение. МетодыSPHиEFG. Принципы моделирования взрывных воздействий. Моделирование падения самолета. Примеры использования при анализе причин обрушения ВТЦ и в задачах обеспечения безопасности АЭС.

17

Заключение

Выводы и обобщения по лекционному курсу. Обсуждение рефератов. Подготовка к зачету.