CC BY
10
УДК 004.94:721.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-112-115
ПОЛУЧЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ ИСХОДЯ ИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Ю.В. Фаустова
В работе ставится задача в анализе давления, которое создается на группу зданий с различных сторон при воздействии ветра. Исследование проводится при помощи всестороннего анализа данных и их систематизации исходя из результатов расчета созданной численной модели в специализированном программном обеспечении. Такой подход к решению задач аэродинамики обширно используется для решения прикладных и теоретических задач в архитектуре и строительстве. Что в первую очередь связано удобством метода, заключающимся в быстром построении численной модели и возможности получения широкого набора различных численных данных, что позволяет замоделировать самые разнообразные процессы и физические явления как естественной природы, так и искусственные. Поэтому для получения данных о давлении на здания в результате воздействия ветра в данной работе используется численное моделирование с последующим анализом полученной информации, в том числе и качественной, и количественной. Делаются выводы о возможности и удобстве использования подобного метода для решения поставленных в настоящей работе задач.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, архитектура, обработка данных, модель, численная модель, исследование, строительство.
Численными метода возможно оценить и соответственно исследовать большое разнообразие физических процессов и явлений, в том числе и задачи по архитектуре, причем как природных и естественных, так и рукотворных принудительных. Численные модели могут быть созданы разными математическими методами, но одним из самых распространенных в нынешнее время можно назвать метод конечных элементов, которым может смоделировать практически любой физический процесс, при этом наиболее часто численную модель делают в специальных программах, так как моделирование работая с визуальным интерфейсом и автоматизацией расчетов намного удобнее, чем проводить подобные расчеты вручную. Популярность численного моделирования обусловлена целым рядом причин:
- высокая скорость расчетов;
- визуализация полученных данных;
- возможность глубокого анализа информации с планированием эксперимента и оценки множества факторов;
- быстрое и удобное внесение исходных данных;
- отсутствие необходимости в проведении лабораторных экспериментов (необходимо только для подтверждения полученных данных).
Все эти факторы наложили свой отпечаток на процесс исследовательской деятельности, поэтому в настоящей работе с помощью численного метода моделирования определялись давления на внешние стенки зданий, которые создаются движущимися воздушными массами (рис. 1).
Исследование направлено на определение того, можно ли с помощью численного моделирования проводить подобные расчеты и определять давления на стены зданий. Для этого был проведен ряд моделирований, которые в общей сложности заключались в следующих аспектах: сначала создавалась трехмерная модель зданий, которая в последствии делилась на элементы в форме тетраэдра, задавались начальные условия и проводился расчет модели, результатом которого стали значения величин давления и его распределения при движении ветра с нескольких сторон на группы жилых зданий.
Исследование проводилось с использованием программного комплекса Ansys, с которым связано большое число работ [1-10], в том числе и работы, связанные с выявлением аэродинамических характеристик объектов, в частности зданий и сооружений. Что обосновано, так как многие физические процессы можно смоделировать и проанализировать с помощью различных математических методов, таких как, например, метод конечных элементов, который все больше пользуется спросом и популярностью ввиду больших возможностей. Помимо прочего с помощью таких программ можно проводить визуальную оценку сил, времени, нагружения, давлений, скорости, химического состава, температуры, турбулентности и т.д.
Системный анализ, управление и обработка информации
Total Pressure Contour 1 н 9.4745+01 7.433е+01 5.401 е+01 3.365е+01 1.329е+01 -7 0766+00 -2 ,744е+01 -4.780е+01 -6.8176+01 -8 8536+01 -1.0896+02
К-1.2936+02 -1 496е+02 -1.700е+02 -1.903е+02
[Ра]
pr&ssure ConlMjr 1 1 2iae+a2
Pressure Contour 1
1 ОЗЭе+02
6.634e+01
2 972e+D1 -6в97е+00 -4.352e+01 -B 0148+01 -1.1684+02 -1.5348+02 -1.900е+02| -2.266e+02 -2 632e+02
u
б
ЭДдд.
[Ра]
Рис. 1. Распределение давления
Данная же работа направлена на изучение давлений, создаваемых ветром на здания, при этом рассматривались несколько сторон с которых направлен поток воздуха (рис. 1). Выбранный программный продукт основан на методе конечных элементов и позволяет проводить комплексную оценку процессов с помощью создания численной модели, задача по которой решается методом конечных элементов.
Было установлено, что при начальной скорости ветра 12 м/с давление на здания оказывались соответственно только с наветренной стороны. Наибольшее давление было зафиксировано во втором случае (рис. 1, б) и составляло 124 Па, при этом в остальных случаях давление на здания составляли на 20.. .30% ниже.
Таким образом было установлено, что ПО Ansys позволяет оценить давление ветра и позволяет количественно и качественно сравнить разные варианты. Поэтому использование данного подхода в совокупности с программным обеспечением позволяют выполнить поставленные задачи.
Список литературы
1. Булавин Л.А., Выгорницкий Н.В., Лебовка Н.И. Компьютерное моделирование физических систем. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2011. 352 с.
2. Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах. М.: КомпьютерПресс, 2002. 224 с.
3. Чадович А.А. Архитектурное моделирование (определение, принципы, стадии) // Международный научно-исследовательский журнал. 2014. № 4-3(23). С. 122123.
а
в
4. Ansys CFX numerical study of stages centrifugal compressor with low-flow rate coefficient / A. Yablokov, I. Yanin, A. Danilishin, A. Zuev // MATEC Web of Conferences, 29 AF Poly-technicheskaya Str. 195251, Saint-Petersburg, 29 AF Polytechnicheskaya Str. 195251, Saint-Petersburg, 2018. P.09002.
5. Коньшин В., Щеляев А. Новые возможности проектирования и инженерного анализа в системе ANSYS CFX версии 10.0 // САПР и графика. 2005. № 10. С. 11.
6. Алексеева Т.А. Компьютерное моделирование движения воздушных масс в группе городских зданий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 12. С. 191-193.
7. Ветрянщиков И.А. К вопросу о компьютерном моделировании и анализе аэродинамики группы зданий городского района // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 12. С. 253-255.
8. Proskurin A.Yu., Zheglova Ju. G. Ansys CFX Study of Aerodynamic Characteristics During Blade Profile Rotation // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2021. Vol. 17. No 4. P. 153-160.
9. Абдуллин А.Я., Сенюшкин Н.С., Порошкин К.В. Верификация программного комплекса ANSYS CFX на задачах обтекания жидкостью удобообтекаемых тел // Молодой ученый. 2011. № 7-1. С. 49-53.
10. Городниченко В.О. Определение гидродинамического давления на здание, возникающего в результате воздействия волны прорыва, в ANSYS CFX // Современные технологии в строительстве. Теория и практика. 2021. Т. 1. С. 35-42.
Фаустова Юлия Владиславовна, студент, faustova_1998@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
OBTAINING AND PROCESSING INFORMATION BASED ON THE RESULTS OF NUMERICAL SIMULATION
Y.V. Faustova
The paper sets the task of analyzing the pressure that is created on a group of buildings from various sides. The study is carried out with the help of a comprehensive analysis of data and their sys-tematization based on the results of calculating the created numerical model in specialized software. This approach to solving aerodynamic problems is widely used to solve applied and theoretical problems in architecture and construction. This is primarily due to the convenience of the method, which consists in the rapid construction of a numerical model and the possibility of obtaining a wide set of various numerical data, which makes it possible to simulate a wide variety of processes and physical phenomena, both natural and artificial. Therefore, to obtain data on the pressure on buildings as a result of wind exposure, this work uses numerical modeling followed by an analysis of the information obtained, including both qualitative and quantitative. Conclusions are drawn about the possibility and convenience of using this method to solve the problems posed in this work.
Key words: computer simulation, architecture, data processing, model, numerical model, research, construction.
Faustova Yulia Vladislavovna, student, faustova_1998@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
