Цифровые двойники помогут защитить здания на севере РФ от землетрясений

Российские исследователи разработали новый вычислительный метод и программное обеспечение, способные с высокой точностью моделировать сейсмическое воздействие на многоэтажные здания, возведенные на свайных фундаментах в суровых условиях Крайнего Севера. Об этом, как информирует ТАСС, сообщил Центр научной коммуникации МФТИ.

«Наш метод позволяет создавать цифровые двойники зданий на сваях. Мы можем «проиграть» различные сценарии сейсмического воздействия, меняя десятки параметров, и увидеть, где возникнут слабые места, как будут распространяться трещины. Это даёт проектировщикам мощный инструмент для оптимизации конструкций ещё на этапе их разработки, а не после того, как здание уже построено», - пояснила профессор МФТИ Алена Фаворская, чьи слова приводит Центр научной коммуникации вуза.

Как отмечают профессор Фаворская и её коллеги, строительство зданий на территории российского Крайнего Севера сильно осложнено тем, что в значительной части его регионов сейчас активно дестабилизруется вечная мерзлота, а также для них характерна ненулевая угроза сейсмической активности. Это требует особого подхода к возведению зданий и использования особых конструкций для возведения построек, в том числе свайных фундаментов.

По словам учёных, существующие методы моделирования подобных построек либо чрезмерно упрощают картину, либо требуют колоссальных вычислительных ресурсов, что ограничивает их практическое применение. Для решения этой проблемы российские исследователи применили сеточно-характеристический метод, хорошо зарекомендовавший себя при решении задач динамики сплошных сред, а также набор приёмов, позволивших упростить расчёт в тех случаях, где геометрия «цифрового двойника» постройки является относительно простой.

Последующие расчёты при помощи этой системы помогли исследователям уточнить то, как разные типы сейсмических волн, формы просадок грунта и вариации в устройстве здания влияет на максимальные напряжения, возникающие в сваях и влияющие на их прочность. В частности, учёные обнаружили, что более короткие сваи длиной в 6 м, используемые при постройках зданий с малым числом этажей, требуют значительно большего запаса прочности по сравнению с длинными сваями длиной в 15 м.

«Точное моделирование сейсмостойкости помогает не только повысить безопасность людей, но и снизить экономические риски, связанные с возможным разрушением инфраструктуры. Наше программное обеспечение позволяет дополнить, а в некоторых случаях и заменить дорогостоящие натурные испытания на вибростендах. Это особенно важно при необходимости детально варьировать такую сложную характеристику, как форма просадки грунта между сваями, что практически невозможно воспроизвести на стенде с высокой точностью», - подытожил профессор МФТИ Игорь Петров, чьи слова приводит Центр научной коммуникации вуза.