Оптимальное проектирование и расчет элементов металлического каркаса в условиях САПР

• Автор: Попов, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 152 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1. Исторический обзор литературы и современное состояние вопроса
1.2. Класс решаемых задач и этапы оптимизации
1.3. Цели и задачи исследования
Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ
ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ КАРКАСА
2.1. Общая постановка оптимизационной задачи и выбор критериев
2.2. Формирование математических моделей функций цели
2.3. Формулировка ограничений в задачах оптимизации в условиях САПР
2.4. Особенности расчетных и конструктивных ограничений при расчете и оптимизации
2.4.1. Общие замечания
2.4.2. Расчет на прочность
2.4.3. Расчет на общую устойчивость
2.4.4. Расчет на местную устойчивость
2.4.5. Расчет ригелей и балок по деформативности (по прогибам)
Глава 3. МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
3.1. Постановка задачи
3.2. Выбор оптимальных решений при наличии трёх критериев оптимизации
3.3. Определение оптимальной высоты сечений
.3.4. Алгоритм дискретного поиска оптимальных решений
Глава 4. ПОДСИСТЕМА САПР ПСМК И ЕЁ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В
ОПТИМАЛЬНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
4.1. Декомпозиция задачи оптимального проектирования в условиях САПР
4.1.1. Основные характеристики подсистемы САПР
4.1.2. Математическая модель декомпозиции задачи автоматизированного оптимального проектирования
4.1.3. Последовательность и особенности решения подзадач оптимизации
в условиях подсистемы САПР
4.2. Общие сведения о подсистеме САПР ПСМК
4.2.1. Структура САПР ПСМК и её возможности
4.2.2. Расчет и оптимизация при использовании программы ПСМК
4.3. Сравнение результатов оптимизационного расчета
4.4. Исследование материалоёмкости и стоимости конструкции рамы каркаса АЭС
4.5. Выбор рациональных конструктивных схем каркасов главных корпусов ГРЭС с использования подсистемы САПР ПСМК
5. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
6. ЛИТЕРАТУРА
7. ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Требование всемерной экономии материалов является одной из основных особенностей нового этапа в развитии строительного производства. В то же время характерно увеличение нагрузок на конструкции из-за увеличения мощности оборудования, учета динамических воздействий, природных условий и других факторов. Одним из способов получения экономичных и надежных конструкций служит автоматизированное оптимальное проектирование.
Развитие систем автоматизированного проектирования (САПР) шло по нескольким направлениям: 1) использование сложных и достаточно точных расчетных моделей типа конечно-элементных и им подобных; 2) развитие и использование графических комплексов типа ACAD; 3) создание баз данных, включающих сортаменты, описание марок сталей, данные ГОСТ и т.п.; 4) программы расчета по строительным нормам и правилам (СНиП). Однако такого рода вычислительные комплексы, как правило, не полностью отражают особенности расчетов по определению несущей способности, т.е. проверки прочности, устойчивости оптимальных металлоконструкций. В современных системах автоматизированного проектирования, несмотря на достижения в теории и практике оптимизации, практически отсутствуют подсистемы оптимального проектирования. Это связано с тем, что оптимальное проектирование в условиях САПР требует разработки специфических расчетных и математических моделей, методов оптимизации и переработки большого объема исходной информации и анализа информации, полученной в результате расчета. Использование частных оптимизационных программ приводит к существенным затратам времени и увеличению трудоемкости проектирования, поэтому оптимизация в реальном проектировании применяется в единичных случаях.
Данная диссертация посвящена актуальному вопросу автоматизированного оптимального проектирования элементов металлического каркаса (балки, колонны и т. п.), имеющих как постоянное, так и ступенчато-переменное по

р2 - то же до центра тяжести прокатных сечений,
Іхі - собственный момент инерции прокатных элементов.
В общем виде жесткости отдельных участков кусочно-переменного ригеля (балки ) должны удовлетворять условиям :
Іі=тах; І2~тах; (2.11)
где: /[- момент инерции крайних участков ригеля;
12 - момент инерции среднего участка.
При условии, что для кусочно-переменного элемента выполняются требования связности между его отдельными участками, а также при оптимизации элементов конструкций с постоянным по длине сечением можно основываться на исследованиях, проведенных в СамГАСА [121] по изучению свойств функции жесткости. Рассмотрение особенностей функции жесткости необходимо для того, чтобы выбрать эффективный алгоритм поиска оптимальных решений при использовании противоречащих друг другу критериев качества: наименьший объем, наименьшая трудоемкость и
наибольшая жесткость элемента.
Изучение функции жесткости (Рис.2.6) в [121] показало, что такая поверхность по своим свойствам близка к поверхности объема и обладает аналогичными особенностями:
1. Поверхность является невыпуклой.
2. Максимум без дополнительных ограничений отсутствует.
3. При отыскании максимума имеет место многозначность решений.