МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЕРИФИКАЦИИ И ВАЛИДАЦИИ ЧИСЛЕННЫХ МОДЕЛЕЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2026-139-1-88-93Ключевые слова:
верификация, валидация, компьютерное моделирование, численные методы анализа, численная модель, несущая способность, метод конечных элементов, точность модели, неопределённостьАннотация
Численные методы анализа, применяемые для имитационного моделирования конструкций, становятся ключевым инструментом проектирования и оценки строительных объектов, особенно при разработке новых и сложных инженерных конструктивных систем. Однако достоверность и точность результатов численных методов анализа напрямую определяет уровень надёжности строительных сооружений. В статье представлена комплексная методология тестирования достоверности и точности имитационных моделей при применении процедур верификации и валидации. Уточнены и систематизированы основные термины и их определения, относящихся к выполнению процедур верификации и валидации применительно к задачам теории сооружений. Рассмотрены основные этапы разработки численной оценки – от концептуальной и математической формулировок до построения численной модели. Детально описаны процессы верификации, направленные на подтверждение корректности численной реализации математической модели и оценку точности получаемых решений, и валидации, обеспечивающей подтверждение адекватности модели реальным физическим процессам и её прогностической способности. Особое внимание уделено количественной оценке неопределённостей моделирования, а также определению минимально необходимого количества экспериментальных данных для эффективной валидации. На основе статистического анализа метрики точности показано, что для новых типов конструкций требуется не менее четырёх независимых результатов валидации, при этом оптимальный эффект достигается в диапазоне от четырёх до шести экспериментов. Полученные результаты формируют концептуальную основу и практическое руководство для исследователей и инженеров, использующих численное моделирование при проектировании строительных конструкций.
Библиографические ссылки
Graciano, C. Steel plate girder webs under combined patch loading, bending and shear / C. Graciano, A. Ayestarán // Journal of Constructional Steel Research. – 2013. – Vol. 80. – P. 202–212. – DOI: 10.1016/j.jcsr.2012.09.018.
Pilot numerical analysis of resistance of steel beams under combined shear and patch loading / V. Nadolski, J. Markova, V. Podymako, M. Sykora // Proceedings of conference Modelling in Mechanics 2022, Ostrava, 26–27 May 2022. – Ostrava : VSB – Technical University of Ostrava, Faculty of Civil Engineering. – 2022. – P. 21–29. – DOI: 10.35181/tces-2023-0003.
Надольский, В. В. Оценка несущей способности стальной балки методом конечных элементов при совместном действии локальных и сдвиговых усилий / В. В. Надольский, В. И. Подымако // Строительство и реконструкция. – 2022. – № 2 (100). – С. 26–43. – DOI: 10.33979/2073-7416-2022-100-2-26-43.
Sinur, F. Moment–shear interaction of stiffened plate girders—Tests and numerical model verification / F. Sinur, D. Beg // Journal of Constructional Steel Research. – 2013. – Vol. 85. – P. 116–129. –DOI: 10.1016/j.jcsr.2013.03.007.
Перельмутер, А. В. Готовы ли мы перейти к нелинейному анализу при проектировании? / А. В. Перельмутер, В. В. Тур // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. – 2017. – Vol. 13, Iss. 3. – P. 86–102.
Тур, В. В. Концепция проектирования строительных конструкций на основе численных моделей сопротивления / В. В. Тур, В. В. Надольский // Строительство и реконструкция. – 2022. – № 6 (104). – С. 78–90. – DOI: 10.33979/2073-7416-2022-104-6-78-90.
Бритов, Г. С. Верификация, валидация и тестирование компьютерных моделей линейных динамических систем / Г. С. Бритов // Информационно-управляющие системы. – 2013. – № 2 (63). – С. 75–82.
Верификация и валидация компьютерных моделей / А. В. Сальников, М. С. Французов, К. А. Виноградов [и др.] // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. – 2022. – № 9 (750). – С. 100–115. – DOI: 10.18698/0536-1044-2022-9-100-115.
Компьютерное моделирование в процессах разработки, производства и обеспечения эксплуатации изделий. Термины и определения : ГОСТ Р 57700.21-2020 ; введ. 01.06.2021. – М. : Стандартинформ, 2020. – 15 с.
Oberkampf, W. L. Verification and Validation in Scientific Computing / W. L. Oberkampf, C. J. Roy. – Cambridge University Press, 2010. – 767 p.
Надольский, В. В. Верификация и валидация компьютерной вычислительной модели для проектирования строительных конструкций / В. В. Надольский // Вестник Полоцкого государственного университета. – 2024. – № 2. – С. 42–50.
Надольский, В. В. Верификация программного обеспечения для компьютерного вычислительного моделирования / В. В. Надольский // Архитектурно-строительный комплекс: проблемы, перспективы, инновации : электрон. сб. ст. VI междунар. науч. конф., Новополоцк, 30–31 окт. 2024 г. / Полоц. гос. ун-т им. Евфросинии Полоцкой ; редкол.: Д. Н. Лазовский (председ.) [и др.]. – Новополоцк : Полоц. гос. ун-т им. Евфросинии Полоцкой. – 2025. – С.154–158.
Надольский, В. В. Статистические характеристики погрешности численных моделей несущей способности для стальных элементов / В. В. Надольский // Строительство и реконструкция. – 2023. – № 3 (107). – С. 17–34. – DOI: 10.33979/2073-7416-2023-107-3-17-34.
Надольский, В. В. Оценка расчетного значения несущей способности стальных элементов, проектируемых на основе численных моделей / В. В. Надольский // Вестник МГСУ. – 2023. – Т. 18, Вып. 3. – С. 367–378. – DOI: 10.22227/1997-0935.2023.3.367-378.
Надольский, В. В. Коэффициенты надежности для нелинейных моделей несущей способности балок с гибкой стенкой / В. В. Надольский // Вестник МГСУ. – 2023. – Т. 18, Вып. 6. – С. 852–863.
Надольский, В. В. Этапы разработки компьютерной вычислительной модели для оценки несущей способности стальных конструкций / В. В. Надольский // Перспективные направления инновационного развития и подготовки кадров : сб. ст. междунар. науч.-практ. конф., Брест, 31 окт. – 2 нояб. 2024 г. : в 2 ч. / Брест. гос. техн. ун-т ; редкол.: Н. Н. Шалобыта (гл. ред.) [и др.]. – Брест : БрГТУ, 2024. – Ч. 2. – С. 271–280.
AIAA G-077-1998. Guide for the verification and validation of computational fluid dynamics simulations. – Reston : AIAA, 1998. – Vol. 77. – 19 p.
ASME V&V 10-2006. Guide for verification and validation in computational solid mechanics. – New York : ASME, 2006.
Interaction behaviour of steel I-girders Part I: Longitudinally unstiffened girders / B. Kövesdi, J. Alcaine, L. Dunai [et al.] // Journal of Constructional Steel Research. – 2014. – Vol. 103. – P. 327–343. – DOI: 10.1016/j.jcsr.2014.06.018.
Борисов, Е. А. Особенности проверки качества программного обеспечения / Е. А. Борисов, А. В. Теплов // Наука через призму времени. – 2020. – № 1 (34). – С. 27–29.
Караханова, А. А. Рассмотрение принципов проведения тестирования программного обеспечения / А. А. Караханова, А. С. Маликова // Синергия Наук. – 2019. – № 41. – С. 264–270.
Численное моделирование физических процессов. Термины и определения : ГОСТ Р 57188-2016 ; введ. 01.05.2017. – М. : Стандартинформ, 2016. – 23 с.
Roache, P. J. Perspective: A Method for Uniform Reporting of Grid Refinement Studies / P. J. Roache // Journal of Fluids Engineering. – 1994. – Vol. 116 (3). – P. 405–413.
Соловьева, А. А. Исследование развития моделей случайных величин в расчетах надежности строительных конструкций при неполной статистической информации / А. А. Соловьева, С. А. Соловьев // Вестник МГСУ. – 2021. – Т. 16, № 5. – С. 587–607. – DOI: 10.22227/1997-0935.2021.5.587-607.
Kala, Z. Sensitivity assessment of steel members under compression / Z. Kala // Engineering Structures. – 2009. – Vol. 31. – P. 1344–1348. – DOI: 10.1016/j.engstruct.2008.04.001.
Nadolski, V. Uncertainty in resistance models for steel members / V. Nadolski, M. Sykora // Transactions of the VŠB – Technical University of Ostrava, Civil Engineering Series – 2014. – Vol. 14. – P. 119–130. – DOI: 10.2478/tvsb-2014-0028.
Statistical evaluation of the lateral–torsional buckling resistance of steel I-beams, Part 2: Variability of steel properties / L. Simões da Silva, C. Rebelo, D. Nethercot [et al.] // Journal of Constructional Steel Research. – 2009. – Vol. 65 (4). – P. 832–849. – DOI: 10.1016/j.jcsr.2008.07.017.
Advanced Computational Methods for Modeling, Prediction and Optimization – A Review / J. Krzywanski, M. Sosnowski, K. Grabowska [et al.] // Materials. – 2024. – Vol. 17. – Art. 3521. – DOI: 10.3390/ma17143251.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Авторы предоставляют материалы на условиях лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. Пользователи не вправе препятствовать другим лицам выполнять действия, разрешенные лицензией.
