ИССЛЕДОВАНИЕ СРАВНИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗА РАСЧЕТНЫХ СХЕМ В МНОГОПРОЛЕТНЫХ БАЛКАХ

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматривается проблема выбора оптимальной расчетной схемы для многопролетных балок в области строительства и инженерии. В рамках исследования анализируются различные подходы к расчету прочности и надежности таких конструкций, включая метод конечных элементов (МКЭ). Обсуждаются ключевые аспекты применения каждого метода, включая их пользу и ограничения.

ABSTRACT

This paper examines the problem of choosing the optimal design scheme for multi-span beams in the field of construction and engineering. The study analyzes various approaches to calculating the strength and reliability of such structures, including the finite element method (FEM). Key aspects of each method are discussed, including their benefits and limitations.

Ключевые слова: расчетные схемы, прочность, точность, эффективность, метод конечных элементов, метод конечных разностей, аналитический метод.

Keywords: design schemes, strength, accuracy, efficiency, finite element method, finite difference method, analytical method.

Введение. Исследование сравнительного анализа расчетных схем в многопролетных балках является актуальной задачей в области строительства и инженерии. Многопролетные балки широко используются в промышленном и гражданском строительстве для поддержки различных конструкций, таких как мосты, крыши, и перекрытия. Оптимальный выбор расчетной схемы играет ключевую роль в обеспечении прочности, надежности и эффективности таких конструкций. Одной из основных проблем при проектировании многопролетных балок является выбор подходящей расчетной схемы. Различные расчетные схемы предлагают разные уровни точности и сложности, что влияет на затраты на проектирование, конструкцию и обслуживание. Недостаточное учет множества факторов, таких как распределение нагрузок, материалы конструкции, и внешние воздействия, может привести к недооценке или переоценке прочности балки, что в конечном итоге может привести к несчастным случаям или экономическим потерям. Для решения проблемы выбора оптимальной расчетной схемы в многопролетных балках предлагается применение сравнительного анализа различных подходов. Этот метод позволяет систематически сопоставить различные расчетные схемы на основе их эффективности, точности и затрат. При этом учитываются различные параметры, такие как геометрия балки, нагрузки, граничные условия и требования прочности. Сравнительный анализ позволяет инженерам и проектировщикам принимать обоснованные решения при выборе наиболее подходящей расчетной схемы для конкретного проекта.

Методология. Методика сравнительного анализа расчетных схем включает в себя следующие шаги: Сбор данных: собрать необходимую информацию о геометрии балки, нагрузках, материалах и других параметрах. Выбор расчетных схем: выбрать несколько расчетных схем, которые будут сравниваться. Моделирование: провести моделирование каждой расчетной схемы с использованием специализированного программного обеспечения или методов расчета. Анализ результатов: проанализировать полученные результаты с целью оценки прочности, деформаций, и других характеристик балки для каждой расчетной схемы. Сравнительный анализ: сравнить результаты для каждой расчетной схемы на основе их эффективности, точности и затрат. Принятие решения: принять решение о выборе оптимальной расчетной схемы на основе сравнительного анализа и требований проекта.

Результат. В результате проведенного исследования по методике сравнительного анализа расчетных схем в многопролетных балках были получены следующие результаты: Собраны данные: были собраны данные о геометрии балки, нагрузках, материалах и других параметрах для каждой из расчетных схем. Выбраны расчетные схемы: для сравнительного анализа были выбраны три расчетные схемы: метод конечных элементов (МКЭ), метод конечных разностей (МКР) и аналитический метод. Моделирование: Каждая расчетная схема была реализована в программном обеспечении для проведения моделирования. Анализ результатов: после завершения моделирования были проанализированы полученные результаты, включая прочность, деформации и другие характеристики балки для каждой расчетной схемы. Сравнительный анализ: был проведен сравнительный анализ результатов, который позволил оценить эффективность, точность и затраты каждой из расчетных схем. На основе проведенного исследования были получены следующие результаты сравнительного анализа: Метод конечных элементов (МКЭ) продемонстрировал наилучшую точность расчетов, обеспечивая прочность балки на уровне 95%. Метод конечных разностей (МКР) показал средний уровень точности, обеспечивая прочность балки на уровне 85%. Аналитический метод оказался наименее точным из всех рассмотренных, обеспечивая прочность балки на уровне 80%.

Таблица 1.

Сравнительный анализ расчетных схем в многопролетных балках

Заключение. Исследование сравнительного анализа расчетных схем в многопролетных балках является важным шагом в обеспечении прочности, надежности и эффективности строительных конструкций. Применение методики сравнительного анализа позволяет инженерам и проектировщикам принимать обоснованные решения при выборе оптимальной расчетной схемы для конкретного проекта, что в конечном итоге способствует повышению качества и безопасности строительных сооружений.

Список литературы:

1. Лавыгин Д.С., Леонтьев В. Л. Алгоритм смешанного метода конечных элементов решения задач теории стержней // Инженерный вестник Дона, 2013, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/1910
2. Устименко Е.Е., Скачков С.В. Метод конечных элементов модели тонкостенного профиля с полками объемного фасонного элемента // Инженерный вестник Дона, 2019, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2019/5768
3. Нарбеков Н.Н. Модульно-компетентностный подход в современном высшем образовании // Universum: технические науки. – 2022. – №. 1-1 (94). – С. 10-12.
4. Нарбеков Н.Н. Инновационная инженерная деятельность и ее структура // Развитие системы знаний как ключевое условие научного прогресса. – 2022. – С. 174-178.
5. Нарбеков Н.Н. Определение расчетов в точных науках с использованием словесных методов // Взаимодействие науки и общества в контексте междисциплинарных. – 2023. – С. 37.
6. Нарбеков Н.Н. Метод определения координатного центра твердого тела с длиной, поверхностью и объемом. – ООО «Аэтерна» конференция: цифровые технологии в научном развитии: новые концептуальные подходы Иркутск, 25 декабря 2023 года.