Наскільки доцільно застосовувати розрахункові схеми, що містять мільйони вузлів та елементів?

Це питання дуже характерне, хоч і виникло в результаті ознайомлення з матеріалом, розміщеним на сайті www.hexa.ru. Ось витяги з цього матеріалу: «До цього часу було виконано низку експертних робіт, в яких аналізувалася конструктивна міцність будівлі аквапарку «Трансвааль». У жодній з цих робіт не було однозначно вказано на справжню причину обвалення цієї споруди. В якості основного інструменту для визначення напружено-деформованого стану (НДС) та динамічних характеристик конструкції при різних видах впливу в цих роботах використовується чисельний метод скінченних елементів, реалізований у різних програмних системах: ЛІРА, SCAD, ANSYS, СТАДІО» Для проведення розрахункового аналізу результати якого наводяться на сайті www.hexa.ru використовувалася програма ABAQUS при побудові моделі було вирішено: «…створити КЕ модель покриття з моделюванням об'ємними елементами опорного контуру та прилеглих до опорного контуру зон оболонки, які мають змінну товщину; задати балочними елементами всю арматуру, встановлену в об'ємі бетону, відповідно до креслень; арматуру ребер задати балочними елементами; для бетону врахувати нелінійну поведінку матеріалу з різними характеристиками на стиск та розтяг; конструкцію опорних колон зі зв'язками моделювати оболонковими елементами з докладним опрацюванням з'єднань і опорних вузлів. В результаті було отримано розрахункову модель, розмірність якої склала близько 2 мільйонів елементів, що перевершило деталізацію конструкції в 20 разів у порівнянні з представленими раніше моделями в розрахунках експертних організацій».

У висновках міститься така фраза: «Якби такий аналіз міцності конструкції, як ми вам представили, був проведений на стадії проектування та прийняття остаточних рішень, то з більшою ймовірністю можна стверджувати, що всі помилки проектування були б виявлені. І дана споруда не була б побудована або проект зазнав би серйозних доопрацювань». По-перше експертизу за вказаними програмами проводили дуже компетентні організації, такі як ЦНДІБК, НДІЗБ, МДБУ, НДІАСБ. У цьому використовувалися досить докладні розрахункові схеми. Причини аварії були однозначно вказані, і нічого нового з того часу не з'явилося. У вказаному матеріалі (мається на увазі www.hexa.ru) висновки носять скоріше емоційний, ніж професійний характер.

По-друге, відповідь по суті: для уникнення подібних ситуацій необхідне передусім докладне та адекватне осмислення роботи конструкцій. І для цього використання «багатомільйонних» розрахункових схем далеко необов'язкове. Більше того, воно в ряді випадків може мати шкідливий характер, оскільки «за деревами можна не побачити лісу». До такого висновку приходять численні дискусії на цю тему на різних конференціях та семінарах фахівців з будівельної механіки. Детально ця тема обговорюється у публікаціях:

• А.В. Перельмутер, В.І. Слівкер. «Розрахункові моделі споруд і можливість їх аналізу»;
• О.С. Городецький, І.Д. Євзеров. «Комп'ютерні моделі конструкцій».

Висновок такий:

• Більшерозмірні «багатомільйонні» схеми треба використовувати лише в крайніх випадках. Більш доцільно: використовувати набір спрощених схем, кожна з яких моделює ту чи іншу властивість конструкції.
• По можливості проводити комп'ютерне моделювання процесів життєвого циклу, наприклад, процесу зведення конструкції.
• Широко використовувати прийоми фрагментації, «вирізаючи» певні фрагменти конструкції (плити перекриттів, окремі елементи, вузли та ін.) та дослідити їх НДС на більш докладній (у тому числі тривимірній) моделі. Або навпаки дослідити фізико-механічні характеристики окремого фрагмента (наприклад, піддатливість вузла) та використовувати ці характеристики у загальній моделі.