Исследование возможностей современных компьютерных программ для расчета оболочек сложной геометрии

Актуальность. При проектировании и расчете строительных конструкций традиционно используются несколько стандартных коммерческих пакетов программного обеспечения, которые успешно применяются для решения повседневных инженерных задач. Однако, когда необходимо разработать модели структур оболочек сложной формы с заданием поверхностей с помощью параметрических уравнений, такие программы зачастую имеют определенные недостатки. Цель исследования - проанализировать существующие типы коммерческих вычислительных программных пакетов с целью определения позволяющих проектировать конечно-элементные модели для конструкций оболочек со срединными поверхностями сложной геометрии, заданными параметрическими уравнениями. Методы. Анализ коммерческих вычислительных программных пакетов выполнялся путем изучения руководств по программному обеспечению, а также построения и расчета модели в форме прямого геликоида в качестве тестового примера. Для оценки результатов напряженно-деформированного состояния оболочки со срединной поверхностью в форме прямого геликоида использовался аналитический метод расчета, основанный на уравнениях Рейсснера и разложении решения в ряды Фурье. Результаты. Проведен обзор современных коммерческих вычислительных программных пакетов применительно к моделям, задаваемым параметрическими уравнениями. Построена модель оболочки со срединной поверхностью в форме прямого геликоида. Численные результаты напряженно-деформированного состояния этой оболочки получены и проанализированы в сравнении с аналитическими решениями, вычисленными с использованием уравнений Рейсснера с разложением решения в ряды Фурье. Представлены плюсы и минусы нескольких популярных программных комплексов.

Study of modern software capabilities for complex shell analysis

Relevance. In design and calculation of civil engineering structures, several standard commercial software packages, which are successfully applied to solve everyday engineering problems, are traditionally used. However, when it is necessary to design the models of complex shape shell structures with defining surfaces based on parametric equations, such programs often have certain drawbacks. The aim of the work - analysis of existing types of commercial computational software packages in order to check which allow to design finite element models for shell structures with median surfaces of complex geometry given by parametric equations. Methods. The analysis of commercial computational software packages is carried out by studying the software manuals, and by building and calculating a model in the shape of a right helicoid as a test example. To evaluate the results of the stress-strain state of a shell with a middle surface in the form of a right helicoid, an analytical calculation method based on the Reissner’s equations and Fourier series expansion is used. Results. A review of modern commercial computational software packages as applied to models defined by parametric equations is carried out. A model for a shell structure with a median surface in the form of right helicoid is built. The numerical results of stress-strain behavior of the right helicoid are obtained and analyzed in comparison with the analytical solutions obtained using the Reissner’s equations with Fourier series expansion. The pros and cons of several popular means of software are presented.