В предыдущем разделе показано, что даже для простой конструкции (П - образной рамы, что может быть проще) возможно большое количество компьютерных моделей, на основе которых полученные параметры напряженно - деформированного состояния могут значительно отличаться. Причем рассматривалась только стержневая система, для которой имеется возможность получить точное решение (в смысле решения дифференциальных уравнений). Для пластинчатых и массивных конструкций решения на основе метода конечных элементов являются приближенными, и это порождает еще один практически неограниченный ряд возможных компьютерных моделей, обусловленный применением различных типов конечных элементов (различные геометрические формы, аппроксимирующие функции, степени свободы) и различных видов расчетной сетки (различный шаг, равномерная, неравномерная сетка). Применение различных конечно-элементных моделей также может давать различные результаты. Как разобраться специалисту в этом лабиринте возможных компьютерных моделей, когда ему необходимо ответить на конкретный вопрос: как запроектировать конструкцию, чтобы с одной стороны была достаточно экономичной, а с другой стороны обладала необходимой надежностью.
Ответ на этот, казалось бы, сложный вопрос, может оказаться неожиданно простым: расчет - это способ рассуждения. А результаты расчетов и исследований, полученные на основе различных компьютерных моделей - это информация для такого рассуждения.
Небольшое отступление.
Лее Гумшевский в книге «Русские инженеры» писал: «В старину на Руси строители городов, укреплений, мостов, плотин - все те, кого сегодня назвачи бы инженерами, называчись розмыслами. Розмысл обязан был размыслить задачу, опираясь не только на собственный опыт, но и на весь опыт, накошенный его предшественниками, на свой ум, изобретательность...», и на информацию, которую предоставляет компьютерное моделирование, - добавип бы автор этой книги, если бы жип в наше время.
Такой простой ответ для определенного круга специалистов, особенно для инженеров, мировоззрение которых формировалось в докомпьютерный период, может оказаться слишком упрощенным. Ведь раньше все было гораздо проще: точно рассчитывалась рама, точно рассчитывалась балка; если схема была сложнее, то принималась одна или несколько упрощенных схем, которые можно было решить точно. СНиП таюке как будто давал ответы на все вопросы, которые неукоснительно соблюдались. Почему сейчас, когда казалось компьютеры должны облегчить работу инженера ситуация на первый взгляд оказалась усложненной.
Конечно, при анализе этой ситуации имеется много аспектов.
Во-первых, И раньше многие инженеры относились к расчету как к способу рассуждения. Просто для этих рассуждений было меньше информации, поэтому требовалось больше интуиции и опыта. Естественно, что недостаток информации часто компенсировался большими запасами.
Во-вторых, появление компьютеров позволило учитывать в повседневной деятельности инженеров многие факторы (учет геометрической и физической нелинейности, монтаж и многое другое), которые ранее были уделом только научных исследований.
В-третьих, несколько изменились взгляды на СНиП. СНиП и раньше допускал возможность отступления от установленных правил. Например, при обоснованном расчете допускалось увеличивать размеры температурных блоков. Допускались и определенные алогизмы: расчет сооружения допускался в линейной постановке, а расчет сечений железобетонных элементов необходимо было выполнять в стадии предельного равновесия, которое основывается на нелинейной работе материала. И это естественно, так как нельзя все предусмотреть, нельзя заранее дать ответ на все вопросы. Поэтому вполне логично относиться к строительным нормам и правилам как к рекомендательному материалу. В Западной Европе Еврокод носит рекомендательный характер. В России принят закон о техническом регулировании, где говорится о необязательности соблюдения СНиПа. Все это также осложняет жизнь инженера, ведь свобода выбора - это тяжкое бремя. Рискнем высказать достаточно крамольную мысль (надеемся, что она будет неприемлемой только для небольшой части специалистов), что тенденции отхода от диктата строительных норм и правил в дальнейшем будут усиливаться.
Небольшое отступление.
В предисловии к вышедшей в 2003 году книге М.М. Корнеева «Сттьные .мосты», выдающийся мостовик современности Г.Б. Фукс говорит: «Стшьные .мосты» представляет собой оригинальную работу, рассчитанную на инженера, который не удовлетворяется в своей повседневной работе формачьньш соблюдением норм... Основным инструментом обеспечения надежности проектируемых конструкций будет становиться компьютерное .моделирование, на основе которого проектант будет получать необходимую ему инфор.ма1{ию. Осмысление и обобщение этой ииформагии будет лежать в основе проектируемых конструкций».
Современные компьютерные программы совершенствуются и в направлении облегчения выбора - встроенные экспертные системы, графический анализ результатов, сравнение результатов по различным расчетным схемам, выдача информации о тенденциях изменения свойств системы на основе коэффициентов чувствительности и многое другое.
Весь материал этой книги служит рассмотрению рекомендаций для такого выбора, однако, пока окончательный выбор на основе рассуждений - это прерогатива инженера.
Небольшое отступление, подтверждаюп1ее плодотворность рассуждений на основе компьютерного моделирования.
Случай ш жизни.
В начале 80-х на построенном здании пансионата «Дружба» в Крыму обнаружились трещины и автор проекта был вызван в Крым, так как ситуагия некоторыми специалистами была расценена как аварийная. Конструкция предстаачяча собой криволинейную стену, покоящуюся на трех опорах и связанную со сложной системой перекрытий, отверстий, балконов, лоджий, эркеров. В процессе проектирования производились подробные расчеты, в том числе и компьютерное моделирование процесса нагружения конструкции с учетом реологических свойств железобетона. Компьютерное моделирование проводтось на основе ПК ЛИРА, функционирующем тогда на ЕС ЭВМ. При выезде на объект было обнаружено совпадение компьютерной картины расположения трещин с действительной. Затем на основе компьютерного моделирования, которое выявипо дополнительные резервы несугцей способности этой сложной конструкции за счет приспособляемости, было определено, что разрушающая нагрузка в четыре раза превышает экстуатационную. Таким образом, на основе многочисленных компьютерных моделей, построение и аначиз которых все время сопровождался рассуждениями о работе этой сложной не имеющей аначогов конструкции, несмотря на опасения многих специалистов, был сделан вывод: конструкция жизнеспособна. Этот вывод был подтвержден временем.
Весьма вероятно, что в ближайшем будуш.ем (вначале для сложных конструкций, не имеющих аналогов) традиционная технология, основанная на линейно-упругом расчете на отдельные нагружения, а затем конструирование на основе расчетных сочетаний усилий будет вытесняться технологией основанной на компьютерном моделировании процессов нагружения, процессов монтажа, поведения конструкции в эксплуатационной стадии. При этом будут сниматься многие несуразности традиционной технологии, например, противоречия между расчетом в упругой стадии и подбором сечений по предельному состоянию, которое снимет компьютерное моделирование с учетом физической нелинейности, а противоречия между расчетом по нeдeфopмJй[poвaннoй схеме и дальнейшим неестественным учетом гибкости элемента снимет компьютерное моделирование по деформированной схеме и мн. др. Таким образом, информация для размышления будет становиться все более полной и адекватной.
Судя по ИНТЕРНЕТУ количество программных комплексов реализующих МКЭ измеряется уже сотнями, хотя программные комплексы для массового применения («промышленные» ПК) можно перечислить по пальцам. Их практически полный перечень приведен ниже.
