История создания

       Коллектив разработчиков программных комплексов ЛИРА, МОНОМАХ, и многих других существует уже более 40 лет. За эти годы накоплен бесценный опыт создания промышленных программ массового применения в области автоматизированного проектирования объектов строительства. Возглавляет коллектив д. т. н. профессор Александр Сергеевич Городецкий, стоявший у истоков его создания в середине 60-х годов. В то время под руководством А.С. Городецкого были разработаны первые программы Экспресс и МИРАЖ для расчета строительных конструкций на ЭВМ серии БЭСМ, а также ЭВМ "М-20" и "Минск-22". Эти разработки положили начало целому направлению - созданию промышленных программ массового применения в области строительства.

       Вот краткая хронология создания программных  комплексов семейства ЛИРА: В 1963 году для ЭВМ БЭСМ-2 был разработан первый представитель, программа МОДЕЛЬ, в которой был реализован расчет пространственных шарнирно-стержневых систем с учетом геометрической и  физической нелинейности. Для решения  систем нелинейных уравнений был  применен шаговый метод. Программа  имела модуль, реализующий расчет пластинчатых систем (плит, балок-стенок, оболочек) на основе стержневых аппроксимаций. Это была одна из первых программ, позволяющих  заменить физический эксперимент математическим. Инженерам и исследователям впервые  представилась возможность моделировать процесс нагружения конструкций, а  для железобетонных конструкций  моделировать процессы развития трещин, ползучести, изменение схемы конструкции  вплоть до мгновенно изменяемой, т.е. до разрушения. В отличие от существующих тогда программ, в которых реализовывался только метод сил, в программе  МОДЕЛЬ впервые был использован  метод перемещений и автоматизирована вся процедура статического расчета: задание и диагностика исходных данных, составление уравнений, решение  уравнений, вычисление усилий и напряжений в стержневых и пластинчатых элементах. Программа МОДЕЛЬ имела входной  язык, который определил структуру  входного языка для всего семейства  программ ЛИРА. Основные принципы построения программы МОДЕЛЬ сегодня практически  без изменений используются в  построении всех программ семейства  ЛИРА:

• удобный интерфейс, ориентированный на массового пользователя;
• дискретная расчетная схема;
• формулировка дискретной задачи в соответствии с методом перемещений;
• шаговый метод решения нелинейных задач;
• комплексная автоматизация всего процесса расчета.

       В 1965 году для ЭВМ М-20 была разработана  программа ПАНЕЛЬ для расчета  конструкций панельных домов. Расчетная  схема представлялась в виде системы  ортогональных балок-стенок и плит. Сначала численно определялись матрицы  жесткости укрупненных фрагментов балок-стенок и плит, а затем рассчитывалось все здание, состоящее из укрупненных  фрагментов. По сути, впервые была реализована  идея метода конечных элементов и  суперэлементов (матрица жесткости  пластинчатых элементов строилась  на основе стержневых аппроксимаций). Многие идеи, реализованные в этой программе, легли в основу впоследствии разработанного программного комплекса "МОНОМАХ".

       В 1969 году для ЭВМ МИНСК-22 была выпущена в свет программа ЭКСПРЕСС, которая  выполняла комплексный расчет (статический  и динамический расчет, выбор расчетных  сочетаний усилий, подбор арматуры) для произвольных пространственных стержневых систем. Программа обладала большим быстродействием и позволяла  решать задачи большой размерности.

       В 1970 году в программном комплексе  МИРАЖ для ЭВМ МИНСК-22 впервые  реализуются методы конечных элементов  и суперэлементов в том виде, в  котором они сейчас используются практически во всех подобных программах.

       В 1975 году для ЕС ЭВМ был разработан программный комплекс ПК ЛИРА-ЕС на языках ПЛ-1 и АССЕМБЛЕР в операционной среде ОС. Во многом ПК ЛИРА-ЕС был  приемником всех предыдущих представителей семейства ЛИРА.

       В 1991 году был разработан программный  комплекс МИРАЖ, который представлял  собой реализацию алгоритмов ЛИРА-ЕС на персональных компьютерах в операционной среде ДОС.

       Начиная с 2003 года, разработка программ семейства  ЛИРА выполняется специалистами  фирмы "ЛИРА софт". Разработаны  программные комплексы ЛИРА 9.0, ЛИРА 9.2, МОНОМАХ 4.0, МОНОМАХ 4.2. Эти программные  комплексы отличаются от предыдущих представителей семейства ЛИРА принципиально  новыми интерфейсами и процессами, а также набором сопутствующих подсистем: ЛИР-АРМ, ЛИР-СТК, ЛИР-РС, ЛИР-КС, ЛИР-КМ, ЛИР-ГРУНТ, ПЛИТА, СТЕНА, БАЛКА, КОЛОННА.

       В настоящее время коллектив продолжает успешно работать в области информационных технологий проектирования строительных объектов. Создаются новые программные  комплексы для автоматизации  всех разделов проектирования (архитектурный, конструктивный, электротехнический, сантехнический, сметно-финансовый) и  управления строительством. Непрерывно совершенствуются алгоритмы и пользовательские интерфейсы, обновляется отечественная  нормативная база, реализуются нормативы  стран ближнего и дальнего зарубежья.

Программный комплекс ЛИРА

       Программный комплекс ЛИРА (ПК ЛИРА) – это многофункциональный программный комплекс для расчета, исследования и проектирования конструкций различного назначения.

       ПК ЛИРА с успехом применяется в расчетах объектов строительства, машиностроения, мостостроения, атомной энергетики, нефтедобывающей промышленности и во многих других сферах, где актуальны методы строительной механики.

       Программные комплексы семейства ЛИРА имеют  более чем 40-летнюю историю создания, развития и применения в научных  исследованиях и практике проектирования конструкций. Программные комплексы семейства ЛИРА непрерывно совершенствуются и приспосабливаются к новым операционным системам и графическим средам. Новейшим представителем семейства ЛИРА является ПК ЛИРА, версия 9.2.

       Кроме общего расчета модели объекта на все возможные виды статических  нагрузок, температурных, деформационных и динамических воздействий (ветер  с учетом пульсации, сейсмические воздействия  и т.п.) ПК ЛИРА автоматизирует ряд  процессов проектирования: определение  расчетных сочетаний нагрузок и  усилий, назначение конструктивных элементов, подбор и проверка сечений стальных и железобетонных конструкций с  формированием эскизов рабочих  чертежей колонн и балок.

       ПК  ЛИРА позволяет исследовать общую  устойчивость рассчитываемой модели, проверить прочность сечений  элементов по различным теориям  разрушений.

       ПК ЛИРА предоставляет возможность производить расчеты объектов с учетом физической и геометрической нелинейностей, моделировать процесс возведения сооружения с учетом монтажа и демонтажа элементов.

       ПК  ЛИРА состоит из нескольких взаимосвязанных  информационных систем.

       Система ЛИР-ВИЗОР – это единая графическая среда, которая располагает обширным набором возможностей и функций:

• для формирования адекватных конечно-элементных и суперэлементных моделей рассчитываемых объектов,
• для подробного визуального анализа и корректировки созданных моделей,
• для задания физико-механических свойств материалов, связей, разнообразных нагрузок, характеристик различных динамических воздействий, а также взаимосвязей между загружениями при определении их наиболее опасных сочетаний.

       Возможности, предоставляемые по результатам  расчета при отображении напряженно-деформированного состояния объекта, позволяют произвести детальный анализ полученных данных

• -по изополям перемещений и напряжений,
• -по эпюрам усилий и прогибов,
• -по мозаикам разрушения элементов,
• -по главным и эквивалентным напряжениям   
  и по многим другим параметрам.

       ЛИР-ВИЗОР предоставляет исчерпывающую информацию по всему объекту и по его элементам. ЛИР-ВИЗОР позволяет вести общение с комплексом на русском и английском языках, причем замена языка может осуществляться на любой стадии работы с комплексом. ЛИР-ВИЗОР дает возможность использовать любую действующую систему единиц измерения как при создании модели, так и при анализе результатов расчета.

       Система СЕЧЕНИЕ позволяет в специализированной графической среде сформировать сечения произвольной конфигурации, вычислить их осевые, изгибные, крутильные и сдвиговые характеристики. Кроме того, предоставляется возможность вычисления секториальных характеристик сечений, координат центров изгиба и кручения, моментов сопротивления, а также определения формы ядра сечения. При наличии усилий в заданном сечении производится отображение картины распределения текущих, главных и эквивалентных напряжений, соответствующих различным теориям прочности.

       РАСЧЕТНЫЙ ПРОЦЕССОР реализует современные усовершенствованные методы решения систем уравнений, обладающие высоким быстродействием и позволяющие решать системы с очень большим числом неизвестных.

       В расчетном процессоре содержится обширная БИБЛИОТЕКА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, которая  позволяет создавать адекватные расчетные модели практически без  ограничений на реальные свойства рассчитываемых объектов. При этом возможны задание  линейных и нелинейных законов деформирования материалов, учет геометрической нелинейности с нахождением формы изначально изменяемых систем, а также учет конструктивной нелинейности. Реализованы законы деформирования различных классов железобетона. При расчетах нелинейных задач производится автоматический выбор шага нагружения с учетом его истории. Возможности процессора позволяют смоделировать поведение сооружения в процессе возведения при многократном изменении расчетной схемы.

       Система УСТОЙЧИВОСТЬ дает возможность произвести проверку общей устойчивости рассчитываемого сооружения с определением коэффициента запаса и формы потери устойчивости.

       Система ЛИТЕРА реализует вычисление главных и эквивалентных напряжений по различным теориям прочности.

       Система ФРАГМЕНТ позволяет определить силы воздействия одного фрагмента рассчитываемого сооружения на другой как нагрузку. В частности, могут быть определены нагрузки, передаваемые наземной частью расчетной схемы на фундаменты.

• Система МОСТ предназначена для расчета на подвижные нагрузки и построения поверхностей влияния;
• Система МОНТАЖ-ПЛЮС - для расчета сооружений при их возведении с учетом сезонных изменений физико-механических характеристик материала (железобетона), переопирания временных опор, изменения климатических условий и т.п.

       Система Динамика плюс - модуль прямого интегрирования уравнений движения по времени, позволяющий производить компьютерное моделирование поведения конструкции под динамическими нагрузками, в том числе с учетом нелинейности;

       Конструирующая  система ЛИР-АРМ реализует подбор площадей сечения арматуры колонн, балок, плит и оболочек по первому и второму предельным состояниям в соответствии с действующими в мире нормативами. Существует возможность задания произвольных характеристик бетона и арматуры, что имеет большое значение при расчетах, связанных с реконструкцией сооружений. Система позволяет объединять несколько однотипных элементов в конструктивный элемент, что позволяет производить увязку арматуры по длине всего конструктивного элемента. Система может функционировать в локальном режиме, осуществляя как подбор арматуры, так и проверку заданного армирования для одного элемента. По результатам расчета формируются чертежи балок и колонн, а также создаются dxf-файлы чертежей.

       Конструирующая  система ЛИР-СТК работает в двух режимах – подбора сечений элементов стальных конструкций, таких как фермы, колонны и балки, и проверки заданных сечений в соответствии с действующими в мире нормативами. Допускается объединение нескольких однотипных элементов в конструктивный элемент. Система может функционировать в локальном режиме, позволяя проверить несколько вариантов при конструировании требуемого элемента.

       Система СОРТАМЕНТ, которая информационно связана с ЛИР-СТК, позволяет производить редактирование используемой сортаментной базы прокатных и сварных профилей.

       Система ДОКУМЕНТАТОР предназначена для формирования отчетов по результатам работы с комплексом. При этом вся информация может быть представлена как в табличном, так и в графическом виде. Табличный и графический разделы необходимой для отчета информации могут быть размещены совместно на специально организуемых для этой цели листах и снабжены комментариями и надписями. Кроме того, табличная информация может быть передана в Microsoft Excel, а графическая – в Microsoft Word. Реализован вывод таблиц в формате HTML.

       ПК  ЛИРА поддерживает информационную связь  с другими широко распространенными CAD-системами, такими как AutoCAD, ArchiCAD, HyperSteel, Allplan, ФОК-ПК и др.

       ПК  ЛИРА располагает широкой системой контекстной справки, содержащей  полную информацию обо всех компонентах  комплекса, правилах  и порядке  работы с ними.

Новые возможности ПК ЛИРА 9.2 (по сравнению с версией 9.0)

1. Новые расчетные функции 

• высокоскоростной расчетный процессор, реализующий современные высокоэффективные алгоритмы построения и решения больших систем уравнений, позволяющий в 5-10 раз сократить время решения систем уравнений, основанных на ленточной структуре;

• новые типы конечных элементов, среди которых КЭ трения, объемные нелинейные КЭ грунта, толстые плиты и оболочки, геометрически нелинейные КЭ стержня и оболочки с учетом больших деформаций (КЭ Ландау-Лифшица);
• шарниры конечной жесткости в стержнях;
• модуль прямого интегрирования уравнений движения по времени, позволяющий производить компьютерное моделирование поведения конструкции, в том числе с учетом нелинейности;
• новые модули расчета на сейсмические воздействия, в том числе пространственные  модели Ю.П. Назарова и В.К. Егупова;
• усовершенствованный расчет на устойчивость с вычислением первых трех форм потери устойчивости;
• вычисление РСН для фрагмента (фундамента) с корректным учетом динамических составляющих.

2. Новые расчетно-графические системы

• МОСТ - для расчета на подвижные нагрузки и построения поверхностей влияния;
• МОНТАЖ-ПЛЮС - для расчета сооружений при их возведении с учетом сезонных изменений физико-механических характеристик материала (железобетона), переопирания временных опор, изменения климатических условий и т.п.
• Динамика плюс - модуль прямого интегрирования уравнений движения по времени, позволяющий производить компьютерное моделирование поведения конструкции под динамическими нагрузками, в том числе с учетом нелинейности;

3. Новые графические функции

• генерация равномерных КЭ-сеток (без особых точек, полюсов и т.п.) на сферических и параболических поверхностях;
• генерация пространственных поверхностей вида z=f(x,y) на опорных планах различной конфигурации;
• генерация складчатых поверхностей из КЭ стержней и пластин;
• вычисление геометрии ванты с определением координат узлов разбивки, исходя из стрелы провисания либо из реальной длины;
• механизм сгущения и преобразования сети КЭ по большому числу критериев;
• механизм перенумерации и сортировки узлов и элементов расчетной схемы по различным критериям;
• задание произвольной кусочно-линейной нагрузки на пластины и стержни;
• автоматическое преобразование фрагментов расчетной схемы в суперэлементы;
• автоматическое преобразование суперэлементов во фрагменты основной схемы;
• назначение строительных осей и отметок с последующим использованием в навигации и документации;
• управляемая настройка цветовой шкалы при отображении результатов;
• согласование местных осей для объемных элементов;

4. Новые сервисные функции

• сохранение графической информации о задаче в широком наборе графических форматов;
• экспорт-импорт расчетных схем между ПК ЛИРА и STARK-ЕС;
• система прямой и обратной связи пользователь-разработчик по электронной почте - шаблон стандартного обращения пользователя к разработчику по электронной почте, автоматическое архивирование всех компонентов задачи и т.п.;
• автоматическое сохранение файлов;
• удаление рабочих и временных файлов старых проектов.

5. Обновления в системе ЛИР-ВИЗОР

• усовершенствованная панель открытия файлов с расширенной информацией о проекте;
• ускоренная упаковка схемы с учетом большого числа критериев;
• расширение функций ПолиФильтра;
• упрощение процедуры сборки расчетной схемы из других схем;
• усовершенствование процедуры задания собственного веса;
• упрощение процедуры и расширение возможностей при задании объединения перемещений узлов, расшивки узлов и задания шарниров в пластинах;
• получение информации о проекциях измеряемых длин и площадей;
• отображение усилий в специальных, в том числе одноузловых, КЭ в виде мозаик;
• новые флаги рисования.

6. Обновления в системе ЛИР-СТК

• Проверка и подбор новых сечений:
• Швеллер из 3-х листов
• Швеллер из листа и уголков
• Прямоугольное сечение
• Три трубы с раскосной решеткой из труб и стержней
• Швеллер и двутавр с решеткой (Швеллер может быть прокатный, гнутый, из 3-х листов, из листа и уголков. Двутавр - прокатный и составной. Решетка - раскосная и раскосно-распорная из любого профиля).
• Проверка всех сечений кроме троса, одиночного уголка и крестовых уголков на сжатие с изгибом в (тип дополнительных характеристик "колонна", "балка", "ферма") .
• Расчет по Eurocode 3 обновлен до редакции 1992 года. Версия ЛИР-СТК 9.2 выполняет расчет сечений классов 1…3 по Eurocode 3.1.1 (ENV 1993-1-1:1992 E). Расчет по Еврокоду можно полностью трассировать в HTML-виде.
• Добавлена возможность выполнения расчета по усилиям от загружений.

7. Обновления в системе ЛИР-АРМ

• Подбор арматуры в стержнях производится с учетом их конструктивных особенностей, стержень - полностью несимметричное армирование, балка - армирование несимметричное относительно одной оси, колонна - симметричное армирование.
• Для стержней таврового и двутаврового сечения подбор арматуры осуществляется с учетом расположения арматуры в стенке или в полках.
• Учет сдвоенности арматурных стержней в углах сечения стержней при подборе арматуры.

       Для стержней подбор арматуры осуществляется до достижения заданного максимального  процента армирования. 

Список  используемой литературы

1.ЛИРА 9.2. Примеры расчёта и проетирования,  Учебное пособие, М.С. Барабаш,  Ю.В.Гензерский, Д.В.Марченко, В.П.Титок  –К.: издательство «Факт», 2005. – 106с.: ил..

2.Компьютерные  модели конструкций. Городецкий А.С., Евзеров И.Д. - Киев: издательство "Факт", 2005. - ISBN 966-359-027-0

3. Компьютерные  технологии проектирования железобетонных  конструкций. Верюжский Ю.В., Колчунов В.И.,Барабаш М.С., Гензерский Ю.В. - Киев: Книжное издательство Национального авиационного университета., 2006.

4.Информационные  технологии расчета и проектирования  строительных конструкций. Городецкий А.С., Шмуклер В.С., Бондарев А.В. - Харьков: НТУ "ХПИ", 2003.

5.www.lira.com.ru