CC BY
9
which are very difficult to detect by other means. Experimental results based on the generated data set confirmed the high efficiency of the development: the technique allows detecting cyberattacks in real time.
Key words: computer network, collision detection, cyberattack, web application firewall, neural network, LSTM, autoencoder.
Kribel Alexander Mikhailovich, postgraduate, nemo4ka74@gmail.com, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications named after S.M.Budyonny
УДК 004.94:69
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-191-194
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ МАСС В ГРУППЕ ГОРОДСКИХ ЗДАНИЙ
Т.А. Алексеева
Приводится алгоритм процесса моделирования движения воздушных масс в районе, в котором построена группа зданий переменной этажности. Оцениваются скорости движения воздуха в рассматриваемом районе в сечениях, расположенных на разной высоте относительно уровня земли.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, город, строительство, анализ данных, исследование, математическое моделирование, аэродинамика, строительство.
Ученым, инженерам, конструкторам и другим лицам предоставляются широкие возможности для исследования различных явлений и процессов, во многом благодаря техническому прогрессу и появлению, в связи с этим, специальных программных средств, на базе которых возможно проведение компьютерных и математических моделирований [1,2]. Последующий анализ результатов моделирований позволяет выявить не только закономерности протекания явлений, но и улучшить (оптимизировать), в частности, процессы или конструкции. Большая часть программ, позволяющих трехмерно моделировать основаны на способе математического анализа под названием метод конечных элементов [3,4], который позволяет замоделировать практически любую физическую и мультифизическую задачу, например, движение воздушных масс в районе города, с целью определения скорости ветра на разных высотах, его траектории. Для этого было выполнено моделирование в программе Ansys [5-7], которое проводилось в следующей последовательности:
1. Строилась трехмерная модель района со зданиями, на которые будет воздействовать ветер. Модель создавалась в система автоматизированного проектирования, хотя возможно ее построение во встроенных подпрограммах Ansys.
2. Проводилась инверсия полученной трехмерной модели для создания области, в которой дует ветер.
3. Полученная инверсионная модель разбивалась на части (конечные элементы) с заданным размером одного элемента. В данном случае для уменьшения времени расчета была построена сетка с размером элемента равным не более 0,5 м по одной из сторон. С учетом масштабов модели можно утверждать, что такое допущение не скажется значительным образом на качестве и точности расчета.
4. На область, разбитую на части, задавались начальные условия: температура воздуха, физико-химические свойства воздуха, направление и скорость ветра и пр.
5. Запускался расчет согласно заданным начальным значениям, который продолжался около 6,5 часов.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 12
6. Проводился анализ полученных данных. На рис. 1 представлены скорости движения воздуха на рассматриваемом участке в различных сечениях в зависимости от высоты. За основу был взят существующий район, расположенный в Тульской области, в котором располагается группа многоэтажных зданий с переменной высотой, а именно 50 и 70 метров. Таким образом модель приближена к реальным условиям.
в г
Рис. 1. Скорости движения ветра в сечениях на уровне: 1,5 м (а), 10 м (б), 20 м (в), 50 (г)
Для анализа наибольший интерес представляет сечение, расположенное на высоте 1,5 м относительно уровня земли. Так как примерно на этой высоте находятся люди, идущие по району, и именно на них влияние ветра наибольшее. Начальная скорость ветра составляет 16,5 м/с, данная величина была выбрана с целью изучения сильного ветра и изменения его скорости в процессе движения по району. Так в отдельных зонах скорость ветра увеличивалась до 25 м/с. Однако не учитывалось влияние высоты на начальную скорость, т.е. по всей высоте начальная скорость ветра считается постоянной.
• 1 2 520е+01
1.8Э1е+01
У
3.237е-02 (гл бл- 1 ]
/
1
£ #
Рис. 2. Скорости движения воздуха 192
Так как ветер на своем пути встречает препятствие, в виде сориентированного нормально по отношению к ветру здания, то часть воздушных масс огибает район и за зданиями образуется область, где ветра практически нет. Однако огибающие воздушные массы встречаются с движущимися по своей траектории ветрами и создается область между зданий с высокими показателем скорости ветра, достигающее 25 м/с. Далее скорость ветра стихает и варьируется от 6 до 12 м/с.
Таким образом, математические модели совместно компьютерным анализом позволяют проводить расчеты сложных и трудоемких задач. В качестве альтернативы такому методу можно назвать экспериментальный способ, однако это приведет к значительному удорожанию исследований, а также увеличению времени, требуемого на анализ и получение требуемых данных, при этом точность этих данных будет значительно ниже. Поэтому компьютерное моделирование на данный момент является одним из основных методов решения не только научных, но и прикладных задач, а также ощутимо облегчает получение требуемых для решения проблемы данных.
Список литературы
1. Басов, К.А. ANSYS и LMS Virtual Lab. Геометрическое моделирование / К.А. Басов. М.: Книга по Требованию, 2006. 240 с.
2. Компьютерное проектирование. ANSYS : [учебное пособие] / М. А. Денисов / Екатеринбург : Изд-во Урал, ун-та, 2014. 77 с.
3. Wootton L.R. Wind force on structures — final report of the task committee on wind forces of the committee on loads and stresses of the structural division, ASCE // Transactions of the American Society of Civil Engineers. 1961. Vol. 126. Issue 2. Pp. 1124-1198.
4. Вильман Ю.А., Сборщиков С.Б., Алексанин А.В. Механизированная технология вертикальной планировки и возведение монолитных железобетонных фундаментов зданий. Учебное пособие; Стройинформиздат - М., 2015. 88 c.
5. Газаров А.Р. Аналитический метод исследования аэродинамики здания с помощью программных средств // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 9. С. 271-274.
6. Газаров А.Р., Колосов Р.А., Калинин К.А. Моделирование воздушного потока в программном комплексе ansys // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. С. 126-128.
7. Горчакова О.С. Математическое исследование аэродинамических характеристик с использованием программного комплекса // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 3. С. 58-61.
Алексеева Татьяна Александровна, студентка, antarestarf@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPUTER MODELING OF AIR MASS MOTION IN A GROUP OF URBAN BUILDINGS
T.A. Alekseeva
An algorithm for modeling the movement of air masses in an area in which a group of buildings of variable number of storeys is built is given. Air velocities in the considered area are estimated in sections located at different heights relative to the ground level.
Key words: computer modeling, city, construction, data analysis, research, mathematical modeling, aerodynamics, construction.
Alekseeva Tatiana Aleksandrovna, student, antarestarf@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
