LIRA-FEM (LIRA-SAPR) – Phần mềm phân tích kết cấu FEM

Tổng quan

LIRA-FEM là phần mềm phân tích và thiết kế kết cấu chuyên nghiệp do LIRALAND Group phát triển. Sản phẩm trước đây được biết đến với tên LIRA-SAPR và được hãng chính thức đổi tên thành LIRA-FEM từ phiên bản 2025. Tên gọi mới nhấn mạnh nền tảng cốt lõi của phần mềm là phương pháp phần tử hữu hạn – Finite Element Method, đồng thời thể hiện định hướng phát triển sản phẩm trên thị trường quốc tế.

LIRALAND Group là đơn vị chuyên phát triển các giải pháp phần mềm phục vụ phân tích, tính toán và thiết kế kết cấu. Đội ngũ đứng sau dòng phần mềm LIRA đã có hơn 50 năm kinh nghiệm nghiên cứu và phát triển các hệ thống tính toán kết cấu quy mô công nghiệp. Qua nhiều thế hệ sản phẩm, từ LIRA-SAPR đến LIRA-FEM hiện nay, hãng tiếp tục mở rộng khả năng tính toán, tự động hóa thiết kế và kết nối BIM cho các dự án xây dựng dân dụng, công nghiệp và công trình kỹ thuật.

LIRA-FEM cung cấp một môi trường thống nhất để kỹ sư thực hiện toàn bộ quy trình phân tích kết cấu: xây dựng mô hình tính toán, thiết lập vật liệu và tiết diện, khai báo tải trọng, tạo tổ hợp tải trọng, thực hiện phân tích, đánh giá kết quả và thiết kế cấu kiện. Phần mềm phù hợp với nhiều loại kết cấu như nhà cao tầng, công trình dân dụng, nhà công nghiệp, cầu, tháp, cột cao, kết cấu thép, kết cấu bê tông cốt thép, kết cấu liên hợp và các hệ móng làm việc đồng thời với nền đất.

Phân tích kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn

LIRA-FEM được xây dựng trên nền tảng phương pháp phần tử hữu hạn, với thư viện phần tử đa dạng để mô hình hóa nhiều dạng kết cấu khác nhau. Người dùng có thể thiết lập mô hình khung phẳng và khung không gian, dầm, cột, giàn, sàn, tường, tấm, vỏ, phần tử khối và các hệ kết cấu hỗn hợp.

Phần mềm cũng hỗ trợ mô hình hóa những bài toán phức tạp như sàn đặt trên nền đàn hồi, kết cấu tấm và vỏ có sườn, hệ khung – vách, kết cấu dây và màng, cũng như hệ tổng thể gồm kết cấu bên trên, móng và nền đất. Các phần tử hữu hạn đặc biệt cho phép mô phỏng độ mềm của liên kết, thanh căng, dây cáp, neo tường cừ và một số điều kiện làm việc đặc thù của kết cấu.

Khả năng phân tích tuyến tính và phi tuyến

Bên cạnh các bài toán phân tích tĩnh thông thường, LIRA-FEM hỗ trợ nhiều dạng phân tích chuyên sâu như:

• Phân tích động và dao động riêng;
• Phân tích ổn định kết cấu;
• Phân tích động đất theo phổ phản ứng;
• Phân tích theo giản đồ gia tốc;
• Phân tích lịch sử thời gian;
• Phân tích tải trọng gió có thành phần động;
• Phân tích phi tuyến vật liệu;
• Phân tích phi tuyến hình học;
• Phân tích phi tuyến kết cấu;
• Phân tích đẩy dần Pushover;
• Mô phỏng quá trình thi công;
• Phân tích sụp đổ lũy tiến.

Khả năng phân tích phi tuyến cho phép kỹ sư mô phỏng sát hơn ứng xử thực tế của công trình, bao gồm sự hình thành và phát triển vết nứt, từ biến của bê tông, trạng thái chảy dẻo của vật liệu, sự thay đổi hình học và quá trình làm việc của kết cấu qua từng giai đoạn chịu tải.

Bộ giải của LIRA-FEM có khả năng xử lý hệ phương trình với quy mô lớn và tận dụng công nghệ xử lý đa lõi. Điều này giúp phần mềm đáp ứng các mô hình có nhiều phần tử và nhiều bậc tự do, phù hợp với các dự án kết cấu phức tạp.

Thiết kế kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu thép

LIRA-FEM không chỉ dừng lại ở việc xác định nội lực và chuyển vị mà còn cung cấp các công cụ thiết kế, lựa chọn và kiểm tra cấu kiện.

Đối với kết cấu bê tông cốt thép, phần mềm hỗ trợ xác định diện tích cốt thép dọc và cốt thép ngang cho cột, dầm, sàn, tường, vách, tấm và vỏ. Việc tính toán có thể được thực hiện theo trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực và trạng thái giới hạn sử dụng. Người dùng cũng có thể kiểm tra cấu kiện bê tông cốt thép riêng lẻ và tạo hình minh họa phục vụ triển khai thiết kế.

Đối với kết cấu thép, LIRA-FEM hỗ trợ lựa chọn và kiểm tra tiết diện thép cán, tiết diện tổ hợp và tiết diện rỗng. Phần mềm cung cấp cơ sở dữ liệu tiết diện có thể chỉnh sửa, đồng thời hỗ trợ kiểm tra một số dạng liên kết trong khung thép, nút giàn và liên kết chân cột theo tiêu chuẩn thiết kế được áp dụng.

Khả năng kết hợp giữa phân tích tổng thể và thiết kế cấu kiện giúp kỹ sư hạn chế việc chuyển dữ liệu thủ công giữa nhiều phần mềm, đồng thời thuận tiện hơn khi đánh giá và điều chỉnh các phương án kết cấu.

Hỗ trợ quy trình BIM và trao đổi dữ liệu

Một trong những ưu điểm nổi bật của LIRA-FEM là khả năng tham gia vào quy trình BIM. Phần mềm hỗ trợ trao đổi dữ liệu với nhiều nền tảng thiết kế và mô hình hóa phổ biến như Autodesk Revit, Tekla Structures, PLAXIS 3D, Rhino–Grasshopper và LIRA-CAD.

Các định dạng trao đổi được hãng công bố gồm IFC, SAF và DXF cùng một số định dạng mô hình kỹ thuật khác. Nhờ đó, mô hình kiến trúc hoặc mô hình BIM có thể được sử dụng làm cơ sở để hình thành mô hình phân tích, giúp giảm thời gian dựng lại dữ liệu và hạn chế sai sót trong quá trình chuyển đổi giữa các bộ môn.

Khả năng tích hợp hai chiều với một số nền tảng còn giúp kết quả phân tích và những điều chỉnh trong mô hình kết cấu được phối hợp thuận lợi hơn với quy trình thiết kế tổng thể của dự án.

Môi trường đồ họa trực quan

LIRA-FEM cung cấp môi trường đồ họa 3D để người dùng theo dõi mô hình trong các giai đoạn thiết lập, tính toán và đánh giá kết quả. Các công cụ kiểm tra mô hình giúp kỹ sư phát hiện những vấn đề liên quan đến hình học, liên kết, tải trọng và phần tử trước khi tiến hành phân tích.

Kết quả tính toán có thể được thể hiện dưới nhiều hình thức:

• Biểu đồ nội lực;
• Đường đồng mức ứng suất;
• Hình dạng biến dạng;
• Hoạt ảnh các dạng dao động;
• Bảng chuyển vị, nội lực và ứng suất;
• Kết quả kiểm tra tiết diện thép;
• Kết quả tính toán cốt thép;
• Các hệ số và tổ hợp thiết kế.

Cách trình bày trực quan giúp người dùng nhanh chóng xác định khu vực bất lợi, kiểm tra ứng xử tổng thể và đánh giá mức độ hợp lý của phương án kết cấu.

Mô phỏng nền đất và quá trình thi công

LIRA-FEM có thể mở rộng với các hệ thống chuyên dụng phục vụ những bài toán cụ thể. Hệ thống SOIL cho phép xây dựng mô hình nền đất 3D từ dữ liệu khảo sát địa chất và sử dụng mô hình này trong bài toán tương tác giữa kết cấu bên trên, móng và nền đất.

Hệ thống Assemblage hỗ trợ mô phỏng quá trình thi công theo từng giai đoạn. Phần mềm có thể xét đến sự thay đổi sơ đồ kết cấu, quá trình bổ sung hoặc loại bỏ cấu kiện, sự tích lũy ứng suất và chuyển vị cũng như sự thay đổi đặc tính vật liệu theo thời gian.

Các tính năng này đặc biệt hữu ích đối với công trình cao tầng, công trình nhịp lớn hoặc những dự án mà trình tự thi công có ảnh hưởng đáng kể đến trạng thái làm việc cuối cùng của kết cấu.

Tự động hóa báo cáo tính toán

Hệ thống Report Book của LIRA-FEM hỗ trợ tổng hợp dữ liệu đầu vào và kết quả tính toán thành báo cáo kỹ thuật. Người dùng có thể xây dựng cấu trúc báo cáo gồm trang bìa, mục lục, nội dung phân tích, hình ảnh mô hình và các bảng kết quả.

Một số hình ảnh và bảng dữ liệu trong báo cáo có thể được cập nhật khi mô hình tính toán thay đổi. Báo cáo sau đó có thể xuất sang định dạng DOCX hoặc PDF để kiểm tra, lưu trữ hoặc bàn giao cho khách hàng.

Hỗ trợ nhiều tiêu chuẩn thiết kế

LIRA-FEM hỗ trợ nhiều tiêu chuẩn thiết kế quốc gia và quốc tế. Đối với hệ thống tiêu chuẩn châu Âu, hãng công bố hỗ trợ các nhóm Eurocode quan trọng gồm:

• Eurocode 0 – Cơ sở thiết kế kết cấu;
• Eurocode 1 – Tác động lên kết cấu;
• Eurocode 2 – Thiết kế kết cấu bê tông;
• Eurocode 3 – Thiết kế kết cấu thép;
• Eurocode 5 – Thiết kế kết cấu gỗ;
• Eurocode 7 – Thiết kế địa kỹ thuật;
• Eurocode 8 – Thiết kế công trình chịu động đất.

Ưu điểm nổi bật của LIRA-FEM

• Tích hợp mô hình hóa, phân tích và thiết kế kết cấu trong cùng một hệ thống;
• Thư viện phần tử hữu hạn đa dạng, đáp ứng nhiều loại công trình;
• Hỗ trợ cả phân tích tuyến tính và các bài toán phi tuyến chuyên sâu;
• Phân tích tĩnh, động, động đất, ổn định và sụp đổ lũy tiến;
• Thiết kế và kiểm tra cấu kiện bê tông cốt thép, kết cấu thép;
• Mô phỏng tương tác giữa công trình, móng và nền đất;
• Xét được trình tự thi công và sự thay đổi của mô hình theo giai đoạn;
• Kết nối quy trình BIM qua Revit, Tekla Structures, IFC, SAF và DXF;
• Trình bày kết quả trực quan dưới dạng đồ họa, hoạt ảnh và bảng số liệu;
• Tự động hóa quá trình lập báo cáo tính toán;
• Hỗ trợ Eurocode và nhiều tiêu chuẩn thiết kế khác;
• Phù hợp với kỹ sư tư vấn, doanh nghiệp thiết kế, viện nghiên cứu và cơ sở đào tạo.

Với phạm vi tính năng rộng, khả năng phân tích chuyên sâu và hỗ trợ quy trình BIM, LIRA-FEM là một lựa chọn đáng cân nhắc cho các đơn vị đang tìm kiếm giải pháp phân tích và thiết kế kết cấu toàn diện, đặc biệt trong những dự án cần xử lý mô hình phức tạp, bài toán phi tuyến hoặc sự tương tác giữa kết cấu và nền đất.