ВЕСТНИК ПОДЗЕМРЕМОНТА;pdf

УДК 004.42+624.04
ОТКРЫТАЯ БИБЛИОТЕКА OPEN FEALIB ДЛЯ РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. ПРОГРАММНАЯ
СИСТЕМА «COMPASS», РАЗРАБОТАННАЯ В ОАО «ИРКУТСКИЙ
ПРОМСТРОЙПРОЕКТ» НА БАЗЕ БИБЛИОТЕКИ FEALIB
А.В. Буклемишев
ОАО «Иркутский Промстройпроект», внештатный сотрудник, г. Иркутск
Памяти Безделева Владимира
Викторовича посвящается
Приводятся сведения об открытой библиотеке Open FEALib для расчета конструкций методом конечных элементов. Рассматривается история возникновения и
развития программной системы «COMPASS» и её 64-х разрядной версии основанной на библиотеке FEALib, разработка которой выполнена в ОАО «Иркутский
Промстройпроект» (www.ipsp.ru)
Программная система COMPASS первоначально была разработана на
кафедре строительной механики ИрГТУ под руководством замечательного
ученого и педагога Безделева Владимира Викторовича, основная научная
деятельность которого была связана с разработкой эффективных методов
расчета и оптимального проектирования несущих конструкций в области
строительства и машиностроения.
Безделев Владимир Викторович, к.т.н, доцент (1955-2013)
Существовавшая до 1995 г. версия системы COMPASS под управлением MS-DOS, позволяла задавать данные для расчета МКЭ в табличной
форме и получать результаты расчета в текстовых файлах для выполнения
научно-исследовательских работ.
С 1996 г. по 2001 г. активно велась работа по созданию Windows версии системы. В 2000 г. вышло Руководство пользователя [1], что позволило применять систему COMPASS как в учебном процессе ИрГТУ, ИВВАИУ, так и для выполнения расчетов зданий и сооружений в проектных организациях.
В программной системе COMPASS реализованы передовые научные
разработки в области расчетов на сейсмостойкость, нелинейных расчетов,
анализа чувствительности и оптимизации конструкций. В 1999 г. был выполнен первый пространственный расчет здания «Иркутскэнерго» с анализом вклада каждой собственной формы колебаний в величину реакции по
различным направлениям сейсмического воздействия. Данная методика
была опубликована Безделевым В.В. в 1993 г. в журнале «Известия ВУЗов» [2].
С 2001 по 2004 г. программная система COMPASS развивалась в ОАО
«ИркутскНИИхиммаш». Безделевым В.В. был разработан метод идентификации напряженно-деформированного состояния трубопроводных обвязок насосно-компрессорного оборудования, который получил широкое
применение в работах по обследованию трубопроводных обвязок и разработке рекомендаций по снижению уровня вибрации [3].
С приходом в 2005 г. Владимира Викторовича в ОАО «Иркутский
Промстройпроект» на должность начальника технического отдела, система
COMPASS получила новое развитие при разработке уникальных проектов
по сейсмоизоляции и сейсмозащите зданий.
В 2005-2006 г. был реализован модуль прямого численного интегрирования, который позволил выполнить пространственный расчет реконструируемого здания Иркутского аэровокзала с учетом системы точечных
вязкоупругих демпферов на акселерограммы землетрясений и снизить
сейсмическую нагрузку на реконструируемое здание на 1 балл [4].
Под руководством Владимира Викторовича были выполнены в COMPASS уникальные расчеты Спасской церкви Иркутского острога.
Вокруг Владимира Викторовича в разные годы его жизни формировался творческий коллектив, в который входили Дмитриева Т.Л., Распопина В.Б., Лукьянов А.А., Буклемишев А.В., Трутаев С.Ю. [5-8] и другие,
многие из которых впоследствии защитили кандидатские и докторские
диссертации, в которых использовались разработки на базе программной
системы COMPASS.
В 2010 г. в ОАО «Иркутский Промстройпроект» были начаты работы
по модернизации программной системы COMPASS и переводу её на современную платформу программирования .NET. Предусматривалась разработка самостоятельной библиотеки для конечно-элементного анализа на
языках C# и Fortran. Язык С# на платформе Microsoft .NET позволил
сформировать библиотеку классов конечных элементов и классов свойств
элементов, эффективно реализующих методы работы с расчетной схемой,
систему хранения данных и результатов расчета. Расчетные процедуры,
написанные на языке Fortran, были существенно переработаны в направлении исключения обмена данными через файлы на диске. Был реализован
класс процессора с набором расчетных методов. Библиотека изначально
проектировалась для 64-х разрядной Windows, из кода исключались все
ограничения по размерности решаемой задачи. В результате в 2012 г. была
сформирована первая полнофункциональная версия библиотеки, куда вошли все расчетные процедуры, имеющиеся в исходной версии COMPASS.
В 2011-2013 г.г. выполнялись работы по созданию интерфейсной части новой 64-х разрядной версии программной системы COMPASS. Было
создано приложение, выполняющее графический ввод расчетной схемы,
расчет и анализ результатов расчета для стержневых, плоских и объемных
конечных элементов. Графическая часть системы реализовывалась на базе
библиотеки DirectX.
В новой версии системы планировалось реализовать актуализированные редакции СНиП. В.В. Безделев принимал активное участие в разработке актуализированной редакции СНиП «Строительство в сейсмических
районах». Одной из идей, заложенных им в текст СНиП, был учет остаточного члена от отброшенных в сейсмическом анализе форм колебаний, а
также контроль над уровнем модальной массы учтенной в сейсмическом
расчете.
В 2014 году, после ухода В. В. Безделева из жизни, для продолжения
использования программной системы COMPASS в научных целях, было
решено сделать часть библиотеки FEALib с открытым исходным кодом в
качестве базы или ядра для возможности самостоятельного написания кода. В связи с тем, что коммерческие права на полную версию библиотеки
FEALib и 64-х разрядную версию программной системы COMPASS принадлежат ОАО «Иркутский Промстройпроект», получить открытую часть
библиотеки FEALib со страниц сайта института (www.ipsp.ru) можно после
оформления письменного соглашения с ОАО «Иркутский Промстройпроект»
Открытая часть библиотеки Open FEALib позволяет сформировать
расчетную схему из стержневых и пластинчатых конечных элементов, сохранить её в файл, выполнить линейный статический и модальный анализ,
определить перемещения, напряжения и деформации в различных точках
конструкции.
В заключении выражаю благодарность генеральному директору ОАО
«Иркутский Промстройпроект» А.С. Заиграеву, техническому директору
Ю.А. Сутырину за понимание, поддержку при разработке и развитии программной системы COMPASS.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Безделев В.В., Буклемишев А.В. Программная система COMPASS. Руководство пользователя. – Иркутск: Изд-во Иркутск. гос. техн. ун-та, 2000
г. – 120 с., ил.
2. Безделев В.В. Анализ сооружений на сейсмические воздействия по уточненным расчетным схемам // Изв. Вузов. Строительство. №11-12, 1993. –
С.28-30.
3. Безделев В.В., Погодин В.К., Буклемишев А.В., Сидоров Е.В. Оценка ресурса трубопроводов компрессорных установок на основе идентификации их напряженно-деформированного состояния по результатам комплексных измерений динамических процессов // Неразрушающий контроль и диагностика: Сб. докладов XVI Российск. научно-техн. конфер.
– Санкт-Петербург, 2002.
4. Технические условия на устройство системы сеймозащиты при реконструкции здания аэровокзала ВВЛ аэропорта г. Иркутска / Стандарт организации ОАО «Иркутский Промстройпроект», 2005 г.
5. Безделев В.В., Буклемишев А.В., Лукьянов А.А. Компьютерная система
COMPASS для расчета и оптимизации пространственных конструкций.
Учет особенностей задач ОПК в архитектуре системы // Проблемы оптимального проектирования сооружений: Сб. докладов II Всероссийского семинара -. Новосибирск: НГАСУ. , 1998. - С. 29-37
6. Безделев В.В., Лукьянов А.А. Реализация геометрически нелинейного изгибаемого стержневого конечного элемента в системе "COMPASS" для
решения задач динамики и устойчивости конструкций // Математическое моделирование в механике сплошных сред на основе методов граничных и конечных элементов: доклады XVII Международной конференции BEM&FEM-99.- СПб.: НИИХ СПбГУ, 1999 С. 45-49.
7. Безделев В.В., Буклемишев А.В., Лукьянов А.А., Распопина В.Б. Компьютерная система COMPASS и ее применение в расчетах объектов химического машиностроения // - Вестник ИрГТУ. - Иркутск. № 3, 1998. С. 128-134
8. Безделев В.В., Дмитриева Т.Л., Ягина Н.А. Расчет стержневых систем
методом конечных элементов. Методические указания по курсам
Строительная механика и Численные методы и программирование на
ЭВМ // - Иркутск: ИрГТУ. , 1994. – 55 с.