Аттестация Siemens Femap в Ростехнадзоре

На основании Президиума Экспертного совета по аттестации программ для ЭВМ при Ростехнадзоре (протокол заседания от 30.05.2019 №75), программное средство Siemens Femap with NX Nastran верифицировано и аттестовано в Ростехнадзоре для расчета собственных частот и форм колебаний, параметров движения (перемещений, скоростей, ускорений) строительных конструкций зданий и сооружений объектов использования атомной энергии.

Программное средство аттестуется для расчетов

• собственных частот и форм колебаний строительных конструкций зданий и сооружений (ЗиС)
• параметров движения (перемещений, скоростей, ускорений) строительных конструкций зданий и сооружений
• спектров ответа на заданных отметках зданий и сооружений

Область применения программного средства Siemens Femap по типу объекта использования атомной энергии: строительные конструкции зданий и сооружений любых объектов использования атомной энергии (ОИАЭ)

Режимы эксплуатации объекта использования атомной энергии

• Режимы нормальной эксплуатации;
• Режимы нарушения нормальной эксплуатации, включая проектные и запроектные аварии;

Верификация (валидация) программного средства проведена для следующих исходных динамических нестационарных воздействий на ЗиС ОИАЭ:

• сейсмических воздействий, задаваемых в виде акселерограмм;
• воздействий от удара самолета и его частей при падении на ЗиС ОИАЭ, задаваемых графиками изменения давления во времени в зоне удара;;
• воздействие воздушной ударной волны, задаваемых графиками изменения давления во времени на различных поверхностях ЗиС ОИАЭ

Область применения программного средства по условиям и параметрам расчета

При проведении расчетов по программе строительные конструкции рассматриваются в геометрически линейной постановке. Конструкционные материалы считаются линейно-упругими кусочно-однородными и изотропными.

При проведении расчетов по программе Siemens Femap with NX Nastran изменение характеристик конструкционных материалов от температур и облучения не учитывается.

Программа Siemens Femap with NX Nastran аттестуется для проведения расчетов и использованием следующих типов конечных элементов:

• CBAR - двух-узловой элемент стержня (в каждом узле 6 степеней свободы), способный работать (в общем случае) на растяжение, сжатие, кручение, и изгиб; реализует классическую теорию изгиба балок (теорию Эйлера-Бернулли); применяется для моделирования колонн, балок, распорок и т.п.
• CBEAM - двух-узловой элемент стержня (в каждом узле 6 степеней свободы), способный работать (в общем случае) на растяжение, сжатие, кручение, изгиб, а также поперечный сдвиг; реализует теорию изгиба балок Тимошенко; применяется для моделирования колонн, балок, распорок и т.п. с учетом сдвига поперечных сечений;
• CQUAD4 и CTRIA3 - универсальных четырех- и трех-узловой элемент оболочки (в каждом узле 5 степеней свободы), в котором возможно возникновение (в общем случае) мембранных напряжений, поперечных сил и изгибающих моментов; реализует теорию оболочек Миндлина-Рейсснера; применяется для моделирования фундаментных плит, перекрытий, покрытий и стен;
• CHEXA - восьми-узловой шестигранный элемент твердого тела (в каждом узле 3 степени свободы); применяется для моделирования толстостенных конструкций, фундаментных плит со сложной геометрией сечения, массивов грунта;
• CONM2 - одно-узловой элемент (6 степеней свободы), позволяющий помещать в узлы КЭ=модели объекта сосредоточенные массы и моменты инерции (в общем случае различные для различных направлений); применяется для моделирования инерционных характеристик ограждающих строительных конструкций, а также технологического и прочего оборудования;
• CBUSH - двух-узловой элемент связи (в каждом узле 6 степеней свободы), позволяющий задавать связи заданной жесткости и демпферы по всем степеням свободы между соответствующими узлами; применяется для моделирования жесткостных и демпфирующих характеристик специальных элементов конструкции, а также жесткостных и демпфирующих характеристик грунтового основания.

Погрешность, обеспечиваемая программой в области ее применения

Ниже приведены значения относительных отклонений результатов расчетов по программе Siemens Femap with NX Nastran в приведенных в верификационном отчете тестах, использованных для верификации (валидации) программы.

При расчете собственных частот

• В сравнении с аналитическими решениями и результатами расчетов по аттестованным программам - 1.7%
• В сравнении с экспериментальными данными - до 13% (при определении перемещений узлов - 1,6%, скоростей - 6,4%, при вычислении спектров ответа - 2.6%)

При оценки погрешности результатов расчета, получаемых с помощью программы, необходимо учитывать неопределенности исходных данных конкретного расчета:

• неопределенности физико-механических характеристик материалов строительных конструкций и грунтов основания;
• неопределенности геометрических характеристик, граничных условий и параметров нагружений.

Сведения о методиках расчетов, реализованных в программе

Теоретической основой программы Siemens Femap является метод конечных элементов в форме метода перемещений.

Формируемые системы линейных алгебраических уравнений решаются прямым методом (Forward-backward substitution Direct solution - метод прямой и обратной подстановки), либо итерационным методом (метод предобусловленных сопряженных градиентов - PCG-Preconditioned Conjugate Gradient).

Расчет частот и форм собственных колебаний производится с помощью метода Ланцоша (Basic Lanczos Recurrence) или его разновидностей (Block Method, Segmented Lanczos Method, Distributed Parallel Lanczos Method).

При решении уравнений движения с помощью метода прямого пошагового интегрирования применяется метод центральных разностей. При этом демпфирование в строительных конструкциях учитывается с помощью пропорционального демпфирования по Рэлею, демпфирование за счет оттока энергии в грунтовое основание в виде отраженных и излученных волн (волновое демпфирование) учитывается с помощью вязкого демпфирования.

При решении уравнений движения с помощью метода разложения по формам собственных колебаний в обобщенных координатах формируется матрица демпфирования, учитывающая как конструкционное демпфирование в строительных конструкциях, так и демпфирование в грунтовом основании. Если сформированная матрица демпфирования в обобщенных координатах имеет диагональный вид, система уравнений движения распадается на совокупность независимых уравнений, для решения которых применяется интеграл Дюамеля. Если сформированная матрица демпфирования в обобщенных координатах не является диагональной, решается связанная система уравнений. При этом применяется пошаговый метод интегрирования (как и при прямом интегрировании уравнений движения в физических координатах).

Специалисты, проводившие анализ и оценку программы

• Синицын Е.Н., д-р техн. наук, АО "ВНИИАМ"
• Кульцеп А.В., Dr.-Ing., ООО "ЦВС"
• Тяпин А.Г., д-р техн. наук, АО "Атомэнергопроект"
• Югай Т.З., ФБУ "НТЦ ЯРБ", руководитель группы экспертов

‍Siemens Femap with NX Nastran - это высокопроизводительное моделирование, которое значительно сокращает число натурных испытаний и ускоряет вывод изделия на рынок.

• Доказанные, эффективные возможности моделирования и анализа, которые решают сложные инженерные задачи
• CAD независимая среда моделирования методом конечных элементов, которая может работать напрямую с любыми форматами САПР без использования нейтральных форматов
• Лучший пре/постпроцессор на рынке для решателей Nastran
• Часть портфолио Simcenter

Попробуйте Siemens Femap и познакомьтесь с самыми современными возможностями моделирования в пре-/постпроцессоре Femap вместе с вычислительными возможностями ведущего в отрасли решателя Simcenter Nastran.

Посмотрите, как эти комплексные приложения для моделирования и анализа могут помочь Вам сэкономить деньги и сократить время выхода изделия на рынок благодаря оптимизированным проектам, уменьшению числа прототипов и натурных испытаний.

По этой ссылке Вы получите доступ к полной версии Siemens Femap: Base Module с дополнительным модулем Dynamic Response. Нет ограничений по количеству сохранений, размерам моделей или другим факторам, которые ограничивают Вашу способность моделировать и анализировать готовые проекты изделий.