METHODOLOGICAL FOUNDATIONS OF VERIFICATION AND VALIDATION OF NUMERICAL MODELS OF BUILDING STRUCTURES
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2026-139-1-88-93Keywords:
verification, validation, computer modeling, numerical model, load-bearing capacity, finite element method, model accuracy, uncertaintyAbstract
Numerical modeling is becoming a key tool in the design and assessment of building structures, especially for innovative and complex engineering solutions. However, the credibility of simulation results directly affects the safety and reliability of structures. This paper presents a comprehensive methodology for ensuring the credibility of computational models through the processes of verification and validation. The fundamental terms and definitions related to V&V are refined and systematized in the context of structural mechanics. The stages of model development – from conceptual and mathematical formulations to the creation of a computational implementation – are described in detail. The study focuses on verification processes aimed at confirming the correctness of numerical implementation and evaluating solution accuracy, as well as validation procedures intended to confirm the adequacy of the model to physical reality and assess its predictive capability. Special attention is given to the quantitative assessment of modeling and experimental uncertainties and to determining the minimum number of experimental data points required for effective validation. Based on statistical analysis of the accuracy metric, it is shown that at least four validation results are required for new structural systems, with optimal reliability achieved within the range of four to six experiments. The findings form a conceptual and methodological foundation as well as a practical guideline for researchers and engineers applying numerical modeling in the design of building structures.
References
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.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
The work is provided under the terms of Creative Commons public license Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0). This license allows an unlimited number of persons to reproduce and share the Licensed Material in all media and formats. Any use of the Licensed Material shall contain an identification of its Creator(s) and must be for non-commercial purposes only. Users may not prevent other individuals from taking any actions allowed by the license.
