Кто не знает, что такое просидеть несколько часов на самом пекле на трибунах стадиона в разгар лета? Даже в наше время большинство стадионов не имеет крыши, и единственной защитой для зрителей служат бейсболка, солнечные очки и крем. А ведь еще 2000 лет назад римляне создали веларий – систему, позволяющую натягивать тент над зрителями античных спектаклей.

Существование велариев зафиксировано в многочисленных письменных источниках и изображениях. При этом, однако, нам почти ничего не иззестно о том, каким образом гигантский тент натягивали над трибунами, а затем убирали. Осенью 2003 г. Рене ШАМБОН (René CHAMBON), инженер Института Arts et Métiers на пенсии, решил посвятить свое свободное время разгадке этой тайны. После нескольких лет, проведенных за чтением книг и посещением сохранившихся римских амфитеатров, ему удалось воссоздать систему, позволявшую римлянам устанавливать, разворачивать и сворачивать 25 000 м² ткани массой около 8 тонн над Колизеем, защищая от солнца 50 000 зрителей.

Опираясь на свой опыт работы инженером, Рене Шамбон изготовил уменьшенную модель велария (масштаб 1/100) и с ее помощью проверил свою гипотезу относительно того, как монтировался тент. Он также выполнил традиционный анализ конструкции, рассчитал сопротивление материалов и размеры системы, способной выдержать вес велария. Результаты его работ были представлены в ряде телепередач, конференций и журнальных статей.

Энтузиазм ученого и качество проделанной им работы убедили компанию Dassault Systèmes, которая предложила проверить его теорию с помощью своих программных приложений для проектирования имитационного моделирования. Речь шла о том, чтобы перейти от уменьшенной копии к электронно-цифровому макету натуральной величины и от статических линейных 2D-расчетов к динамическому нелинейному 3D-анализу, лучше отражающему реальность.

Цифровая трехмерная геометрическая модель велария была выполнена с помощью CATIA V5. Использование ряда параметров, например, размеры полотна, количество составляющих его сегментов, угол наклона тента, позволяет несколькими щелчками мышки обновлять геометрию и легко переходить, таким образом, от арен Пюи дю Фу до римского Колизея. Эта геометрическая модель служит основой для создания механической имитационной 3D-модели велария, выполняемой с помощью Abaqus SIMULIA, программного решения для нелинейного анализа методом конечных элементов.

Особое внимание было уделено моделированию поведения полотна, лебедок, многочисленных контактов и зон трения, а также влиянию веса системы, чтобы с точностью рассчитать усилие, которое должны были обеспечить каждой лебедке приводящие ее в действие люди. Эта важная предварительная работа была проделана до цифрового имитационного моделирования. Несмотря на высокую сложность расчетов, для выполнения последнего было достаточно ноутбука.

Реалистичная трехмерная анимация деформация полотна и веревок в ходе натягивания и сворачивания велария с одновременным расчетом необходимых для этого усилий показала, что система Рене Шамбона действительно может работать. Моделирование продемонстрировало также, что для приведения в действие каждой лебедки было достаточно одного человека, причем даже если они действовали несинхронно или одна из лебедок временно не функционировала. Полностью параметризованная модель Dassault Systemes, позволяющая быстро менять число лебедок, показала, что количество реальных лебедок, найденных на территории Колизея, соответствует тем усилиям, которые приходилось прикладывать приводящим их в действие рабочим, в том числе, в критические моменты - на завершающей стадии сворачивания, когда трение и вес достигали максимума. 

Созданная DS полностью параметризованная трехмерная модель может найти применение в современных вариантах велария, в которых синтетическая ткань и машины заменили античное льняное полотно, пеньковые веревки и людей.

Таким образом, уроки прошлого могут послужить современным людям, позволяя быстро рассчитывать размеры и сооружать большие навесы для защиты от непогоды зрителей массовых зрелищ или, например, людей, ставших жертвами природных бедствий.