Конференция «Интеграция в мировой строительный рынок. Как обеспечить конкурентоспособность?» Киев, 11.04.2017 Докладчик: Юрий Кабанов, генеральный директор CADFEM Украина

1. © CADFEM 2013
CivilFEM for ANSYS - международный язык
расчетов объектов промышленного и
гражданского строительств
Кабанов Юрий
Директор
ООО «КАДФЕМ Украина»
Конференция
«Интеграция в мировой строительный рынок.
Как обеспечить конкурентоспособность?»
11 апреля 2017 года, г. Киев

2. |
Ужгород Черновцы
Одесса
Винница
Житомир Киев
Луцк
Львов
Тернополь
Ровно
Чернигов
Запорожье
Днепропетровск
Симферополь
Луганск
Донецк
Харьков
Суммы
Полтава
Черкассы
Кировоград
Николаев
CADFEM Сегодня
Украинский филиал ANSYS и клиенты
▪ Создана в ноябре 2011
▪ 4 сотрудника
▪ Поддержка и развитие
бизнеса в Украине
▪ 30+ лицензионных
клиентов
КАДФЕМ Украина
Competence Center
Клиенты в Украине

3. |
обеспечение (CAE)
Программное
КАДФЕМ Украина
обучение
Профессиональное
▪ Более 50 стандартных и
адаптированных учебных
курсов ANSYS и др.
▪ Поставка, внедрение,
техническая поддержка и
сопровождение

4. |
КАДФЕМ Украина
▪ Сертификация сотрудников
компании по учебным
программам ANSYS
▪ Прямой дистрибьютор
компании ANSYS в Украине

5. |
▪ Компетенция в различных
областях физики FEM/CFD
Консалтинг

6. |
системы
Операционные
Суперкомпьютеры
ПОСТАВКА-КОНСУЛЬТАЦИИ-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА
Platform Cluster Manager
Высокопроизводительные вычисления

7. |
Научно-технический журнал
www.ansyssolutions.ru

8. |
Успешное сотрудничество со многими ВУЗами
Подготовка инженеров нового поколения -
специалистов в области наукоемкого
компьютерного инжиниринга и менеджмента

9. |
Клиенты КАДФЕМ в Украине

10. |
Клиенты ANSYS

11. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Программный комплекс ANSYS

12. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Почему ANSYS?
ANSYS представляет собой широкий набор взаимодействующих
расчетных средств для решения любых задач (МДТТ, CFD, Explicit,
электромагнитные задачи).

13. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Почему ANSYS?
Ключевые преимущества базовых пакетов
• Высокий уровень интеграции с CAD-системами: поддержка всех современных CAD
платформ и наличие собственных геометрических препроцессоров для
модификации геометрии.
• Автоматическое распознавание связей (контактов, интерфейсов, шарниров) при
импорте сборок.
• Наличие единой расчетной системы ANSYS Workbench, доступности расширенных
технологий автоматизированного построения сеток, библиотек моделей материалов.
• Точные и быстрые решатели всех классов задач, имеющие практически линейную
масштабируемость на высокопроизводительных вычислительных ресурсах. Это
позволяет получать точные результаты в кратчайшее время.
• Гарантированная возможность использования на высокопроизводительных
вычислительных ресурсах.
• ANSYS предоставляет широкий набор средств постпроцессинга, помогающих
детально изучить полученные результаты и произвести правильную их
интерпретацию.
• Возможность проведения параметрических расчетов по сценарию «А что, если…».
Эта возможность может быть расширена до оптимизационных расчетов и робастного
проектирования за счет применения ANSYS DesignXplorer или ANSYS (Dynardo)
optiSLang.
• Глубокие возможности кастомизации и автоматизации.

14. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Возможности ANSYS в области
механики деформируемого
твердого тела

15. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Базовые возможности для геомеханики и задач ПГС
ANSYS Mechanical
• Более 300 типов конечных элементов (балки, стержни, тросы, упруго-
демпфирующие элементы, 2D-элементы (осесимметричные,
плосконапряженные, плоскодеформированные), оболочки, твердотельные
элементы, Solid-shell-элементы и т.д.).
• Слоистые элементы и возможности армирования.
• Специальные модели материалов для бетонов и геомеханики.
• Эффекты предварительного нагружения.
• Технологии методов статических и динамических подконструкций.
• Рождение и смерть конечных элементов для учета стадийности строительства
или экскавации породы и т.д.
• Все типы прочностных и динамических расчетов конструкций (статика,
квазистатика, нестационарные расчеты, гармонический отклик, случайное
нагружение, спектральные расчеты, расчеты линейной и нелинейной
устойчивости).
• Автоматический перенос нагрузок из CFD-расчета (гидравлика, ветровая
нагрузка и т.д.).

16. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Расчеты на прочность строительных конструкций
▪ Расчёт перекрытий с учётом
физической нелинейности.
▪ Расчёт фундаментов с учётом
грунта в нелинейной постановке.
▪ Геометрически нелинейный расчёт
с поэтапным включением в работу
железобетона на стадии монтажа.
Учитывается эффект
предварительного напряжения
части конструкции при её
работе как опалубки.

17. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Расчеты на прочность строительных конструкций
Моделирование
конструкции при
помощи балочных
элементов ANSYS
Модель дворца спорта

18. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Расчеты на прочность строительных конструкций
«Смешанные» балочные,
оболочечные и твердотельные
конструкции

19. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Расчеты на прочность строительных конструкций
19
Монолитные железобетонные
сооружения.
Фрагмент высотного здания

20. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Расчет сейсмического воздействия
НДС от воздействия и
исходная акселерограмма
землетрясения
Анализ сейсмической устойчивости каркасно-монолитного здания методом
пошагового интегрирования реальной записи землетрясения – акселерограммы –
зависимости ускорения от времени, с учетом сейсмического микрорайонирования
района расположения здания и особенностей его тектонического строения.
Переходный динамический расчет в ANSYS Mechanical

21. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Анализ устойчивости
Моделирование устойчивости грунта при рытье котлована с
применением подпорной стены.
Грунт по Друкеру-Прагеру.
Исходное НС
НС перед
опрокидыванием

22. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
ANSYS Mechanical и аналитический расчет
Верификационная задача устойчивости склона
Коэф. запаса по устойчивости для угла
склона
30 35 40 45 50
МКЭ
Критерий Друкера-
Прагера
1,78 1,62 1,48 1,36 1,29
Критерий Мора-Кулона 1,47 1,34 1,22 1,12 1,06
Аналитические
методы
Упрошенный метод
Бишопа
1,394 1,259 1,15 1,06 0,99
Метод Спенсера 1,46 1,32 1,21 1,12 1,04
Высота 20 м, удельный вес 25 кН/м3,
модуль Юнга 10 МПа,
коэффициент Пуассона 0,2,
когезия 42 кПа, угол трения 17°.

23. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Дополнительные модули для геомеханики
CivilFEM for ANSYS
• Геотехнический модуль
• Модуль Мосты и нелинейности
• Преднапряженный бетон
Кроме этого:
• NPP Module (Nuclear and Power Plants)
• CivilFEM Multidiscipline
Библиотека Dynardo
multiPlas
– Специальные модели
пористых сред, учета
просачиваемости
– Специальные модели
трещиноватых пород
– Модели кирпичной и
каменной кладки
– Специальные модели
бетонов

24. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
CivilFEM for ANSYS
• Библиотека геотехнических свойств для
почв и пород
• Фундаменты неглубокого заложения
• Фундаменты глубокого заложения (свайные)
• Проектирование подпорных стенок
• Подземные конструкции (тоннели)
• Анализ устойчивости склонов и откосов
• Анализ фильтрации, просачиваемости
• И др.

25. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
CivilFEM for ANSYS
• Ползучесть и коробление бетонов
• Моделирование мостов
• Генерация общепринятых сечений мостов
• Генерация геометрической и КЭ-модели на основе
балочных (1D) и твердотельных (3D) элементов
• Генерация нагрузок
• Автоматическое комбинирование нагрузок
• Моделирование процесса строительства
M N
M X
X
Y
Z

26. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Библиотеки материалов и стандарты
Стандарты проектирования –
Nuclear Codes (Атомная отрасль)
 ACI 349-01
 ACI 359-04
 ACI 359 Sec. 3 Division 2
 ANSI/AISC N690-94/06 (LRFD/ASD)
 ASME B&PV Code Section III,
Subsection NF
 AISC Code ASD 9th Edition
 ASCE 4-98
 EPRI NP-6041-SL
 ITER Structural Design Code
 ETC-C (в середине 2017 г.)
Библиотека материалов
ANSYS/CivilFEM
 CEB-FIP Model code
 Eurocode No.2
 Eurocode No.3
 ACI 318 - 05
 AISC
 British Standard
 UNE
 ASTM
 EHE
 EA
 Chinese code GB-50010
 Chinese code GB-50017
 Brazilian Code NBR6118
 Indian Standard 456
 Russian Cπ 52/101/03

27. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Частные задачи геомеханики
Нелинейный связанный
гидромеханический расчет опор Ж/Д
моста
Оценка дамб и запрудных сооружений
Устойчивость основания
опор
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00
Verformung (mm)
Zugkraft(kN)
Нелинейные расчеты устойчивости
туннеля
Тесты на разрыв закреплений арматуры в
бетоне

28. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Нелинейный расчет опор Ж/Д моста
Оценка воздействия на грунт от
опор при прохождении поезда
Задачи:
1.Создание параметрической модели в ANSYS
2.Построение сетки в ANSYS
3.Расчет динамической нагрузки от проходящего поезда в ANSYS
4.Нелинейный расчет воздействия на грунт в ANSYS с помощью multiPlas
(модель Мора-Кулона)

29. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Нелинейный расчет воздействия на грунт
в ANSYS с помощью multiPlas (модель
Мора-Кулона)
Пластические деформации
Начало текучестиОбщие деформации
Нелинейный расчет опор Ж/Д моста

30. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
- Нелинейное
нагружение
- Почва и основание
моделируются моделью
Мора-Кулона в multiPlas
Определение устойчивости основания опор
Устойчивость основания опор

31. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Моделирование быстропротекающих процессов
• Разрыв трубы в массиве грунта
• Ударное
воздействие на ЖБ
конструкции

32. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Дифракционное взаимодействие ударной волны с элементами моста

33. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Деформации элементов моста

34. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Поврежденность бетонов при ударном воздействии
Эпюры поврежденности материала показывают зоны, где конструкция
ослабляется вследствие изменения свойств под действием нагрузки.

35. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Реакторное отделение
Атомная электростанция
АЭС рассчитывается на самые разные
экстремальные нагрузки: землетрясения,
ураганы, на удар различных летальных
аппаратов.
Удар самолета – это очень интенсивная и
кратковременная нагрузка которая
локализована в небольшом «пятне удара».

36. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
m2(t) = mc – m1(t)
dt
dm
uF
dt
Qd ie
i
i 


       )()(
2
tttPtR   
01 xQ

 xPRFe
ix 
xu   t
dt
dm
1
В инженерной практике для построения модели нагружения при ударе самолета
используют формулу Риеры. Ф-ла основывается на рассмотрении удара упругой
тонкостенной цилиндрической оболочки в абс. тв. стену.
Модель нагружения (формула Риеры, 1968)

37. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
НагрузкаR,МН
Время t, с
120
100
80
60
40
20
0.0 0.02 0.04 0.06 0.08
0
Верификация формулы Риеры
Функция нагружения для самолета Фантом
представлена на рисунке справа. Отметим, что
самолет ударяется со скорость 200м/с, его масса
достигает 20 тонн.
В лаборатории Сандия был проведен эксперимент
по определению нагрузки на строительные
конструкции при ударе самолета Фантом, который
подтвердил данную кривую.

38. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Результаты моделирования

39. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Больше чем расчет в ANSYS
Комплексная оценка безопасности
строительных конструкция
Конструкция
Набор
датчиков
Расчетное
ПО
Оценка рисков
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ
И ПРОЧНОСТИ
МЕТАЛЛОКНОСТРУКЦИЙ
МОБИЛЬНОЙ БАШНИ
ОБСЛУЖИВАНИЯ
КОСМОДРОМА «ВОСТОЧНЫЙ»

40. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Нагрузки
МБО КОСМОДРОМА «ВОСТОЧНЫЙ»
• Комбинации нагрузок, в т. ч. по СНиП.
• Статика, динамика, гармонический
анализ для сценариев погодных
условий, старта, землетрясения.

41. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Комплексная оценка безопасности

42. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Возможности ANSYS в области
гидрогазодинамики

43. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Аэродинамическое воздействие
Аэродинамическая нагрузка на
высотное здание в виде
распределения давления с
учетом окружающей застройки
Оценка устойчивости
моста при
пульсирующей
аэродинамической
нагрузке, вызванной
нестационарным
отрывным
характером обтекания

44. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Климат-контроль
Анализ теплового состояния объектов внутри
и снаружи помещений.
Оптимизация систем охлаждения, обогрева и
вентиляции с учетом сложной топологии
реальных геометрических объектов
помещения и оборудования, а также
нестационарности протекающих процессов.

45. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Протекание чрезвычайных ситуаций
Расчетная оценка пожарного риска в подземных
вестибюлях станции метрополитена.
Предложенная методика решения подобных
задач основана на численном моделировании
нестационарных турбулентных процессов с
учетом химических реакций в турбулентном
потоке.
Для описания развития очага пожара внутри
вагона метро была разработана
пользовательская модель, в которой для
определения пожарной нагрузки задавалась
скорость распространения фронта пламени,
скорость выделения продуктов сгорения и
мощность объемного источника тепла.
Проведено тестирование разработанного
подхода на достоверность получаемых
расчетных температурных полей, полей
концентрации продуктов горения, кислорода и
пр. внутри помещений станции при естественной
и принудительной противодымной вентиляции.

46. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Протекание чрезвычайных ситуаций
Поверочные расчеты системы
дымоудаления и вентиляции подземной
станции скоростного трамвая VTA (США,
округ Санта-Клара). В расчетах
использовалась оригинальная методика
апробированная на проектах для МЧС
России.

47. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Гидравлика и гидродинамика
Моделирование работы
канализационного стояка многоэтажного
здания. Исследование на предмет
нарушения гидрозатвора.
Моделирование работы очистных
сооружений. Исследования в области
снижения гидравлического
сопротивления.

48. © КАДФЕМ Украина 2016–2017
Мы предлагаем…
Сотрудничество в рамках оказания консультационных
услуг по проведению численного моделирования
инженерных задач
• Индивидуальный подход – от простого к сложному
• Богатый опыт моделирования задач различной сложности и
направленности
• Гибкая ценовая политика

49. © CADFEM 2013 |
ООО «КАДФЕМ Украина»
Украина, 01133, Киев,
бул. Леси Украинки, 34, офис 433
тел.: (044) 360-7543
mail: ukraine@cadfem.com.ua
© КАДФЕМ Украина 2017