Metoda elementów skończonych daje coraz większe możliwości analizy konstrukcji. Do niedawna najpełniejszą formą uzyskania informacji o urządzeniu lub konstrukcji było przeprowadzenie eksperymentu, ewentualnie dokonanie pomiaru w terenie
Obecnie zmienia się podejście do oceny konstrukcji. Dotychczas w przeważającej mierze wykonywano ocenę konstrukcji dla konkretnego statycznego stanu wytężenia.
RYS. 1. Model MES domku jednorodzinnego. Modelowanie elementami powierzchniowymi
Odbywało się to nawet dla sytuacji, kiedy stan lub obciążenie obiektu ulegało zmianom w czasie.
Oczywiście drobne konstrukcje, jak i rozwiązania mniej odpowiedzialne, nadal projektuje się uwzględniając tylko odpowiednie współczynniki powiększające obciążenie statyczne w celu dokonania oceny dynamicznej.
Tego typu podejście ma swoje czysto ekonomiczne uzasadnienie. Analiza statyczna jest szybka i tania. Odpowiada ona na pytanie, czy konstrukcja wytrzyma i w większości przypadków można wyniki od razu zweryfikować poprzez próbę statyczną. Wystarczy wykonać próbę zrywania elementu lub obciążyć most przy pomocy odpowiedniego zestawu ciężarówek z piaskiem.
Tego typu podejście ma wiele pułapek. Jedną z nich jest niepotrzebne przesztywnianie konstrukcji lub, co częściej ma miejsce, jest ona po prostu za ciężka. Siła dzisiejszych programów MES leży w tym, że możemy już wykonać analizę zachowania w czasie danej konstrukcji oraz możemy poddać obciążeniu, uzyskując wielkość i charakter z pomiarów rzeczywistych.
W wielu wypadkach nie zdajemy sobie sprawy z tego, że w naszym otoczeniu cały czas dokonują się pomiary wielkości, które można zastosować w symulacji komputerowej. Co za tym idzie, istnieje możliwość powtórzenia zdarzenia, które ma miejsce w konkretnym przypadku.
W ramach działalności naszej firmy wykonywaliśmy analizy obiektów, które są poddane zmiennym warunkom obciążenia. Do takich pomiarów należą pomiary przyśpieszeń, jakim jest poddany towar transportowany przy pomocy wielkiej ciężarówki po „polskich” drogach. Można wtedy odpowiedzieć na pytanie, czy urządzenie ulegnie uszkodzeniu podczas transportu na terenie Polski.
Oczywiście jest to zdarzenie, którego można uniknąć nakazując kierowcy jazdę z mniejszą prędkością lub wybór lepszej trasy.
Isnieją jednak zdarzenia, na które nie mamy aż takiego wpływu, a przynajmniej powinniśmy się zabezpieczyć w inny sposób.
Tąpnięcia i MES
Chciałbym tutaj opowiedzieć o dosyć ciekawym przypadku, który nadal wzbudza wielkie emocje wśród mieszkańców terenów górniczych. Są to tak zwane tąpnięcia górnicze.
Pytanie, które się pojawia: czy obiekty, domy i inne urządzenia są bezpieczne dla ich mieszkańców i użytkowników?
Kilka lat temu wykonaliśmy symulacje tąpnięcia górniczego uwzględniające rzeczywiste, co więcej: udokumentowane tąpnięcie. Ze względu na to, że analiza wymagała dużej mocy obliczeniowej oraz rzetelnego postawienia problemu, zjednoczyliśmy siły i wraz z Katedrą Teorii Konstrukcji Budowlanych Politechniki Śląskiej w Gliwicach wykonaliśmy pracę badawczą, w ramach której poddaliśmy analizie zmiennej w czasie kilka domków jednorodzinnych (z rejonu Zagłębia miedziowego). Bylismy w bardzo komfortowej sytuacji, ponieważ dysponowaliśmy rzeczywistym pomiarem z konkretnego dnia, dla którego zostały zaobserwowane niepokojące zjawiska w rejonie eksploatacji kopalni. Mówiąc wprost: były to pomiary przyśpieszeń zarejestrowane w stacji pomiarowej kopalni.
Przed analizą postawiono pytanie, czy to konkretne tąpnięcie ma wpływ na wytrzymałość i czy może być powodem uszkodzenia, a nie daj Boże – zniszczenia budynków.
Zespół z Politechniki wykonał pracę związaną z obróbką sygnału. Ich zadaniem było wydzielenie z całego okresu tąpnięcia takiego wymuszenia, które byłoby reprezentatywne dla tego zjawiska i najbardziej interesujące. 
Praktycznie, w czasie całego projektu oba zespoły się uzupełniały.
RYS. 2. Mapa odkształceń chwilowych z analizy czasowej. Widać zachowanie stropu między piętrami pierwszym i drugim oraz dachu
W naszej firmie opracowaliśmy model MES i przygotowaliśmy się do analizy. Część decyzji musiała być podjęta przez program już w czasie jego działania. Wpisaliśmy do programu warunki, które pozwoliły osobiście pooglądać stan ścian i stropów. Trzeba sobie uzmysłowić, że ilości danych dostarczanych przez program w czasie analizy czasowej mnożą się przez ilość kroków czasowych.
Nasza analiza obejmowała kilka tysięcy kroków, dlatego wyłowienie niepokojących zdarzeń na początku powierzyliśmy programowi. Ostateczną oceną zajął się fachowiec. Miał on ułatwioną pracę, ponieważ nie musiał przeglądać sytuacji, w których nic się nie działo. Tego typu analizy, w których zadaje się pytanie o zagrożenie życia są bardzo odpowiedzialne i należy z dużą starannością podchodzić do tematu.
Po wykonaniu tego typu symulacji, przychodzi refleksja. Jako że wykonujący analizę mieszkają na Śląsku, bardzo boleśnie uderza ich fakt, że na etapie projektowania konstrukcji wielokrotnie zapomina się o ludziach – ich odczuciach, komforcie życia, mieszkania i pracy. W rejonach eksploatacji górniczej problem ten jest szczególnie powszechny. Pozostaje zatem otwarte – bardzo duże pole działania dla instytucji prawodawczych, które w wytycznych dotyczących projektowania powinny skupić się przede wszystkim… na bezpieczeństwie i komforcie ludzi.
Autor jest Dyrektorem Technicznym w firmie Des Art sp. z o.o.
Autor: AUTOR: GRZEGORZ POREMBSKI
