CADmaster

Программный комплекс GeomechaniCS состоит из трех независимых модулей, объединенных в одной оболочке:

QUASISTATIC — модуль расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) пространственных зданий и сооружений совместно с грунтовым массивом в 3D — постановке при воздействии произвольных статических, квазистатических и динамических нагрузок с учетом упруго-вязко-пластического поведения материалов и фактора времени.

FILTRATION — модуль расчета НДС пространственных зданий и сооружений в грунтовых средах при воздействии произвольных статических и квазистатических нагрузок с учетом фильтрационных параметров пластов, упруго-вязко-пластического поведения материалов и фактора времени в 3D — постановке. Одновременно решается фильтрационное уравнение, позволяющее определять переменные во времени поровое давление, скорости поровой жидкости и ее расход.

THERMOELAST — модуль расчета НДС и температурных параметров пространственных зданий и сооружений совместно с грунтовым массивом при воздействии произвольных статических и квазистатических нагрузок с учетом фазовых переходов замораживания-оттаивания, нагрева и упруго-вязко-пластического поведения материалов в 3D — постановке.

Первая версия программного комплекса GeomechaniCS представляет собой упрощенный вариант, обеспечивающий ему самодостаточность.

В первой версии предусмотрен расчет только упругих деформаций сооружения и грунта.

Кроме того, генерация трехмерной конечно-элементной сетки, производящаяся в полуавтоматическом режиме, использует только гексаэдральные конечные элементы. При этом имеются ограничения, связанные с конечно-элементным представлением зданий и сооружений нестандартных геометрических форм, а также грунтовых массивов сложного строения. Суть ограничений состоит в том, что расчетная область должна состоять из подобластей, допускающих параметрическое отображение на шестигранники.

В последующих версиях эти ограничения будут сняты. Как в большинстве программ, специализирующихся на решении геотехнических задач, для разбиения в автоматическом режиме трехмерных областей сложной формы будет использоваться тетраэдральная сетка.

Строгость подхода при решении задач геотехники определяется реализованными в программе моделями материалов (грунтов и сооружений).

Прежде чем приступить к проектированию зданий и сооружений, необходимо иметь информацию о геологических, гидрогеологических условиях района строительства и свойствах грунтов строительной площадки. Для этого на строительной площадке проводят инженерно-геологические изыскания. Они включают проведение следующих работ: бурение скважин и разработку шурфов, обязательный отбор образцов с целью выяснения геологического строения и особенностей напластования, лабораторные исследования для установления физико-механических свойств грунтов.

Под действием передаваемых сооружением вертикальных или наклонных сил в массиве основания возникают нормальные и касательные напряжения, приводящие к деформации грунтов. Кроме того, грунт испытывает напряжения от собственного веса. Деформации от собственного веса грунта завершаются, как правило, в процессе образования и диагенеза грунтов. Напряжения, возникающие от усилий, передаваемых сооружением, приводят к дополнительной деформации грунтов. Наиболее часто имеют место деформации уплотнения грунтов под действием нормальных напряжений, реже — деформации сдвигов грунтов, вызываемые касательными напряжениями.

Воздействие нормальных напряжений на сплошные тела рассматривают в механике деформируемых тел (сопротивление материалов, теория упругости). Поскольку грунты относятся к дисперсным телам, кроме закономерностей деформируемости сплошных тел приходится учитывать изменение объема пор при сжатии, т.е. рассматривать дополнительно закон уплотнения (закон компрессии). Кроме того, в грунтах, как и в сплошных телах, при действии нормальных напряжений наблюдается боковое расширение, но по более сложной закономерности.

Деформируемость сплошных тел под действием касательных напряжений характеризуется модулем сдвига при упругих деформациях, границей текучести при пластических деформациях и коэффициентом вязкости, обусловливающим вязкое течение. В грунтах деформации сдвигов рассматривают сравнительно редко, обычно интересуются сопротивлением их сдвигу при предельно напряженном состоянии. Это сопротивление зависит от угла внутреннего трения и удельного сцепления грунтов, определяемых в соответствии с законом сопротивления грунтов сдвигу.

Как деформируемость грунтов во времени, так и их сопротивление сдвигу зависит от долей напряжений, передаваемых на скелет грунта и на воду, находящуюся в порах. Поровая вода под действием возникающего в ней давления постепенно отжимается и передает его на скелет грунта, поэтому деформируемость грунтов и их сопротивление сдвигу зависят от фильтрационных способностей грунта. Кроме того, фильтрация воды в грунтах интересует строителей в отношении определения притока воды в котлован и расчета водопонижающих установок. Все это обусловливает необходимость изучения закона фильтрации поровой воды.

Итак, к основным закономерностям относятся закон фильтрации, описывающий водопроницаемость, закон уплотнения, определяющий сжимаемость, и закон сопротивления сдвигу, характеризующий сопротивляемость грунтов сдвигу.

Все перечисленные закономерности реализованы в программном комплексеGeomechaniCS.

Вопросы, касающиеся используемых моделей поведения материалов, подробно изложены в руководстве пользователя программы.

Интерфейс программы (пре- и постпроцессор)

Программный комплекс GeomechaniCS, состоит из трёх процессоров, препроцессора и постпроцессора. Процессором является отдельный исполняемый файл, выполняющий функции расчётного модуля. Объектом расчёта является расчётная модель, подготавливаемая в препроцессоре. Результатами расчёта являются файлы, содержащие рассчитанные интенсивности напряжений и деформаций, компоненты тензора деформаций и вектора перемещений.

Препроцессор предназначен для создания расчетной модели, запуска её на расчёт в процессоре, отображения хода расчёта, и запуска постпроцессора для работы с результатами расчёта.

Пример модели, собранной в Препроцессоре

Постпроцессор позволяет представлять результаты расчета в виде, достаточном для последующего анализа и выводов по итогам расчета (графики, трехмерные поля с цветовой индикацией рассчитанных параметров, изоповерхности, изолинии, двумерные поля в заданных сечениях и др.).

Отображение на деформированной конструкции одной из компонент перемещения

Отображение поля перемещения в виде изолиний