Верификация Frost 3D

1Верификация численного решателя по известному
точному аналитическому решению.

Так как аналитическое решение задачи Стефана существует только в одномерной постановке, то такая верификация может проверить корректность работы только одномерной задачи. На практике одномерное решение задачи Стефана имеет ограниченное применение и связано, в основном, с околонаучными задачами (исследования образцов грунта, курсовые и дипломные работы и т.д.).

Результаты сопоставления решения одномерной задачи в ПО Frost 3D с точным аналитическим решением , что погрешность определения глубины промерзания не превышает 0.5%. При этом с уменьшением шага сетки по пространству погрешность численного решения в программе Frost 3D стремится к нулю.

2Верификация численного решателя
по натурным экспериментам.

Такую верификацию имеет смысл проводить только в лабораторных условиях. Это связано со следующими факторами:

в полевых условиях на протяжении всего эксперимента на участок грунта будет влиять большое количество факторов, которые невозможно точно замерить, а потом и учесть в модели – поверхностный сток, изменяющееся альбедо поверхности, изменение теплофизических свойств снегового покрова на протяжении зимнего периода и т.д.
проблематично определить теплофизические свойства грунтов и другие физические величины модели с такой высокой точностью, которая бы не внесла значимую погрешность в эталонное численное решение.

Даже небольшая погрешность, заложенная в численный решатель по полевым данным, может приводить к многократному росту ошибки численного расчета при моделировании всего срока эксплуатации (десятки лет) зданий и сооружений.

В свою очередь, лабораторные эксперименты также ограничены в возможности разнообразия постановки задачи и далеки от практически решаемых задач. Невозможно в лабораторных условиях создавать большие участки грунтов сложной конфигурации с наличием большого количества факторов (трубопроводы с флюидами, вентилируемые подполья, изменяющийся во времени снеговой покров и т.д.).

Результаты сравнения расчетов в ПО Frost 3D с лабораторными сходимость в пределах 5% – расчетное значение глубины промерзания образца грунта 0.020 м, экспериментальное – 0.019 м. Следует отметить, что основной вклад в суммарную погрешность вносит погрешность определения теплофизических свойств грунта.

3Верификация проверяемого численного решателя по численным решениям
в других достоверных программах.

Под «достоверными» программами подразумеваются программные продукты, которые позволяют решать задачу промерзания грунтов с фазовыми переходами, и которые используются мировым инженерным сообществом на протяжении десятков лет. А это означает, что тысячи инженеров и лабораторий во всем мире уже проверили точность численных решений в этих программах еще на заре широкого их применения – 1980-е, 1990-е годы.
К таким программам относятся: Abaqus, ANSYS, COMSOL Multiphysics, NX Nastran и другие.

На сегодняшний день верификация численного решения по таким программам является единственным способом удостовериться, что проверяемая программа не просто считает одномерную задачу промерзания столбика грунта (задача студенческого уровня), но и так же корректно работает на сложных прикладных задачах: участки грунта со сложным геологическим строением с учетом влияния на грунт разнообразных граничных условий – природного и техногенного воздействия.

Единственным недостатком такой верификации является трудоемкость. Для решения только одной прикладной задачи может уходить несколько месяцев. Это связано с тем, что такие программы не имеют специализированного пользовательского интерфейса для решения задач на ММГ.

Для верификации моделей Frost 3D наши специалисты используют программы и .

О компании

Связаться с нами

Информация