Разработка программного модуля для параметрического построения геометрии ферменной конструкции в двумерной постановке

Введение. Ферменные конструкции получили широкое распространение в строительстве благодаря экономичности, универсальности и масштабируемости. В связи с этим их моделирование и расчет являются актуальными задачами при проектировании строительных конструкций. Автоматизированное решение этих проблем приводит к повышению эффективности проектирования, точности расчетов и снижению затрат. Целью данного исследования являлось изучение функциональных возможностей и алгоритма работы разработанного авторами программного модуля, формирующего геометрию двумерных ферменных конструкций для последующего моделирования.

Материалы и методы. По результатам исследования распространенных конфигураций ферм дана их условная классификация, доступная в рассматриваемой программе. Приведена методика параметризации ферменной конструкции. Эта методика включает в себя базовые геометрические параметры конструкции, такие как размеры, правила построения модели и дополнительные функции, а также комплексный алгоритм. Программное обеспечение разработано на JavaScript.

Результаты исследования. Программный модуль интегрирован в веб-приложение для расчета двумерных стержневых конструкций. Для иллюстрации функциональности программного обеспечения приведены примеры пользовательского интерфейса, а также пример задачи. Пример включает конфигурацию и расчет наклонной ферменной конструкции. Приведены результаты в виде опорных реакций и внутренних сил, построена диаграмма осевых сил.

Обсуждение и заключения. Использование данного программного модуля в составе инструмента для расчета стержневых конструкций позволяет упростить процесс моделирования и расчета сложных ферменных конструкций, сократить время проектирования и сократить ресурсы. Программный модуль предоставляет инструменты для задания различных типов конструкций, приложения нагрузок и задания свойств стержневой системы, что делает его полезным инструментом для инженеров-проектировщиков.

1. Berger M, Tusnin A. Stress redistribution in flat damaged trusses. E3S Web of Conferences. 2019;97:04033. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20199704033

2. Rojíček J, Paška Z, Fusek M, et al. Optimization of a Truss Structure Used to Design of the Manipulator Arm from a Set of Components. Applied Sciences. 2021;11:10193. https://doi.org/10.3390/app112110193

3. Shatilov YY, Lyapin AA. Vibration-based damage detection techniques for health monitoring of construction of a multi-storey building. Materials Science Forum. 2018;931:178–183. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.931.178

4. Lyapin A, Shatilov Yu. Assessment of building structure using data from dynamic monitoring. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018;365:052031. https://doi.org/10.1088/1757- 899X/365/5/052031

5. Soloviev AN, Parinov IA, Cherpakov AV, et al. Experimental vibration diagnostics of the floor plate set of building construction. Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2021. P. 255–260. https://doi.org/10.1007/978-3-030- 69610-8_35

6. Soloviev AN, Parinov IA, Cherpakov AV, et al. Analysis of oscillation forms at defect identification in node of truss based on finite element modeling. Materials Physics and Mechanics. 2018;37:192-197. https://doi.org/10.18720/MPM.3722018_12

7. Lyapin AA, Parinov IA, Buravchuk NI, et al. Improving road pavement characteristics. Applications of industrial waste and finite element modelling. Springer Cham; 2021. 236 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-59230-1

8. Shevtsov SN, Soloviev AN, Parinov IA, et al. Piezoelectric actuators and generators for energy harvesting: Research and Development. Springer Cham; 2018. 182 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-75629-5

9. Smirnov VA, Gorodetsky AS. Tekhnicheskaya mekhanika. Moscow: Yurait; 2013. 423 p. (In Russ.)

10. Bakošová A, Krmela J, Handrik M. Computing of truss structure using MATLAB. Manufacturing Technology. 2020;20:279–285. https://doi.org/10.21062/mft.2020.059

11. Kopytov MM, Plyaskin AS. Prostranstvennye sterzhnevye konstrukcii pokrytij. Tomsk: TSUAB; 2019. 104 p. (In Russ.)

12. Vasilkin A. Mathematical and computer modeling in the design of steel rod structures. Journal of Physics: Conference Series. 2019;1425:012172. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1425/1/012172

13. Fedorov SS. Principles of creation of models and technologies of high-quality designing of construction objects. Building and Reconstruction. 2018;80:94-101. (In Russ.)

14. Faibishenko VK. Metallicheskie konstruktsii. Moscow: Stroiizdat;1984. 336. (In Russ.)

15. Kirsanov MN. The choice of a lattice for the frame farm. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. — 2017, 3: — P. 23–27. (In Russ.)

16. Kirsanov MN, Gavrilenko AB. Analytical evaluation of stiffness of the truss. Building and reconstruction. 2018;76:12–17. (In Russ.)

17. David Flanagan. JavaScript: The Definitive Guide, 7th ed. O’Reilly Media; 2020. 706 p.

18. Klaus-Jurgen Bathe. Finite Element Procedures, 2nd ed. Watertown, MA: K.J. Bathe; 2014. 1035 p.

19. Seshu P. Textbook of Finite Element Analysis, 10th edition. New Delhi: PHI Learning Private Limited; 2012. 330 p.