120 121
Для обеспечения необходимой точности и устойчивости счета при-
меняют следующие приемы [17]:
1. Путем итераций подбирают такие значения шага сетки (размер
элемента), при которых точность счета достаточна и устойчивость обес-
печена. По Рунге – Кутту, точность считается достаточной, если при за-
мене шага
X на X/2 результаты счета для основных параметров отли-
чаются не более чем на 5 %.
2. Применяют разные шаги сетки на разных участках объекта или
во времени в МКР, аналогично в МКЭ – разные по размерам элементы,
уменьшенные в области отверстий и сопряжений, и укрупненные супер-
элементы на различных участках расчетной схемы.
3. Вводят искусственную вязкость
в описание математической мо-
дели, применяют итерации с вязкостью.
4. Используют способ обратной связи шагов счета в ДШМ, обеспе-
чивающий сглаживание скачков меняющихся параметров в шагах вы-
числений.
После определения усилий и деформаций в конструкциях произво-
дится расчет прочности сечений.
Нагрузки и прочность материалов обладают природной изменчи-
востью и носят вероятностный
характер. В методе предельных состоя-
ний это обстоятельство учитывается методологией назначения расчет-
ных и нормативных характеристик материалов и нагрузок с помощью
математического аппарата теории вероятностей и математической ста-
тистики.
Изменчивость свойств строительных материалов описывается нор-
мальным законом распределения Гаусса
)
2
)(
(exp
2
1
)(
2
2
G
SG
MR
RP
, (14)
где P(R) – вероятность реализации прочности материала R как случайной
величины (рис. 25, а); М – математическое ожидание прочности материала
при испытании n образцов
¦
n
i
i
R
n
M
1
1
;
G
– среднеквадратическоеое
отклонение,
D G ; D – дисперсия,
¦
n
i
i
MR
n
D
1
2
)(
1
.
ществляется в два этапа. Вначале определяются усилия в элементах кон-
струкций, затем делается расчет по прочности и по деформациям с уточ-
нением размеров поперечных сечений элементов.
Для определения усилий в программных средствах САПР получи-
ли развитие численные методы на основе дискретных в пространстве
и во времени расчетных схем – метод конечных разностей
(МКР), метод
конечных элементов (МКЭ), дискретно-шаговые методы (ДШМ), метод
граничных элементов (МГЭ).
Основная идея МКР состоит в замене точных значений производ-
ных их приближенными значениями через конечные разности функций.
Расчетная схема сооружений представляет собой сетку с заданным ша-
гом по осям координат. Этот метод иногда называют методом сеток.
В МКЭ
конструкция разбивается на систему плоских или простран-
ственных элементов, состояние которых описывается рекуррентными
уравнениями равновесия, совместности деформаций и закона деформи-
рования материала в элементах. Совместное решение уравнений с уче-
том граничных условий раскрывает напряженно-деформированное со-
стояние конструкции.
ДШМ описывают состояние объекта в последовательных дискрет-
ных шагах расчета от начала загружения
с учетом изменения нагрузки
и состояния конструкции в каждом шаге. Это дает возможность доста-
точно просто учитывать нелинейные свойства деформации материалов
и внешних воздействий путем аппроксимации нелинейных функций ку-
сочно-линейными с любой заданной точностью приближения. ДШМ
удобно применять в задачах динамики. Решение на ЭВМ получается до-
статочно просто даже в тех
случаях, когда невозможно получить анали-
тическое замкнутое решение дифференциальных уравнений движения.
Метод граничных элементов состоит в комбинации аналитических
решений теории упругости и пластичности для некоторой центральной
области сечений в конструкциях и приближенных численных способов
решения для краевых участков сечений.
Все численные методы расчета являются приближенными, поэто-
му центральным вопросом их применения для
расчета конструкций на
ЭBМ является обеспечение необходимой точности и устойчивости сче-
та. С уменьшением шагов сетки в МКР или шагов вычислений в ДШМ
точность расчета повышается, но увеличивается при этом трудоемкость
и продолжительность счета. При увеличении шагов может происходить
накопление ошибок, счет оказывается неустойчивым, появляются сбои.