Динамический метод определения критических нагрузок в вычислительном комплексе ПРИНС

Актуальность. Вопросы устойчивости играют важную роль при проектировании конструкций и сооружений. Расчеты на устойчивость реализованы во многих конечно-элементных программах, таких как NASTRAN, ANSYS, ABAQUS, ADINA, DIANA и др. Ввиду большой ответственности расчеты на устойчивость необходимо вести как минимум с использованием двух разных программ, однако из-за высокой стоимости программных продуктов не все проектные организации в состоянии себе это позволить. Альтернативой может стать разработка программ, в которых задачи устойчивости решались бы несколькими методами, что повысило бы надежность и достоверность результатов расчета. Такая возможность реализована в вычислительном комплексе ПРИНС, в котором расчет устойчивости ведется двумя методами - статическим и динамическим. Цели данной работы - описать теоретические аспекты и практическую реализацию динамического принципа расчета конструкций и сооружений на устойчивость методом конечных элементов, привести алгоритм, реализованный в программе ПРИНС, а также результаты верификационных расчетов, подтверждающие его достоверность. Результаты. Алгоритм, приведенный в настоящей статье и реализованный в вычислительном комплексе ПРИНС, позволяет определять критические нагрузки с использованием динамического критерия устойчивости. На основании многочисленных верификационных расчетов установлено, что реализованный алгоритм обладает эффективностью определения критических нагрузок для стержневых, тонкостенных и подкрепленных конструкций. Использование вычислительного комплекса ПРИНС позволяет в дополнении к классическому (статическому) методу использовать альтернативный метод определения критических нагрузок для широкого класса инженерных задач.

Relevance. Buckling analysis is important in the design of buildings and structures. It is used in various fields of engineering - mechanical engineering, aircraft and shipbuilding, civil engineering, etc. Until the second half of the twentieth century, mainly analytical methods of buckling were applied in practice. With the appearance of computers, numerical methods, in particular, the finite element analysis, began to prevail. Buckling analysis was implemented in programs of finite element analysis, such as NASTRAN, ANSYS, ABAQUS, ADAMS, DIANA, and others. In view of great responsibility, buckling analysis of structure should be carried out using at least two different programs. However, due to the high cost of software products, not all project organizations are able to have a number of programs. An alternative is to develop programs that can complete buckling analysis using several methods. This would increase the reliability and quality of calculation results. The PRINS computer program has opportunity for buckling analysis using two methods - static and dynamic. The aims of the work - to show the theoretical aspects and practical implementation of the dynamic principle of buckling analysis in buildings and structures using finite element method, as well as to give the algorithm implemented in the PRINS program and the results of verification calculations confirming its reliability. Results. The algorithm presented in this article and implemented in the PRINS computer program allows to determine critical loads using a dynamic buckling criterion. On the basis of numerous verification calculations, it was established that the implemented algorithm was effective for determining critical loads in frame, thin-walled and ribbed plate structures. The use of the PRINS computer program enables to use an alternative method for determining critical loads for a wide class of engineering problems in addition to the classical (static) method.