Оптимальное проектирование конструкций башенного типа

• Автор: Клюев, Сергей Васильевич
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 153 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ.

1.1. Общий подход к оптимальному проектированию строительных конструкций.

1.2. Иерархический принцип формирования строительных конструкций

1.3. Многокритериальность в оптимальном проектировании.

1.4. Тенденции в оптимизации строительных конструкций

1.5. Краткий обзор работ по оптимизации конструкций

в классической постановке

1.6. Расширенные постановки задач оптимизации конструкций

1.7. Оптимизация стержневых систем.

1.7.1. Стержневые пространственные конструкции.

1.7.2. Математическое моделирование стержневой пространственной системы.
1.7.3. Основные виды оптимизации стержневых конструкций
1.8. Требования, предъявляемые к оптимальному проектированию
стержневых пространственных конструкций
1.8.1 Ограничения на напряжения
1.8.2. Ограничения на перемещения
1.8.3. Ограничение по условию совместности деформаций
1.8.4. Конструктивные ограничения
1.8.5. Эстетические ограничения
1.9. Выбор материала для проектируемой конструкции.
2. КОНСТРУКЦИИ БАШЕННОГО ТИПА.
2.1. Общие сведения
2.2. Область применения конструкций башенного типа.
2.3. Нагрузки, действующие на конструкцию башни
2.4. Конструктивные схемы башен
2.4.1. Конфигурация башни
2.4.2. Схемы решеток.
2.5. Конструктивное оформление башен.
2.5.1. Типы сечений элементов башни
2.5.2. Соединения поясов.
2.5.3. Узлы сопряжения поясов с решеткой.
2.5.4. Опорные узлы башен
3. ПРОЕКТНЫЕ РАЧЕТЫ НА ОСНОВЕ ОБОБЩЕННЫХ ВАРИАЦИОННЫХ ПРИНЦИПОВ.
3.1. Вариационные принципы для прямых задач
3.2. Вариационные принципы для проектных задач.
Проектные критерии.
3.3. Проектная задача для стержневой системы.
3.4. Пример проектирования многостержневой пространственной фермы.
3.4.1. Расчет внутренне статически неопределимой пространственной фермы.
3.4.2. Проектная задача
4. ОПТИМИЗАЦИЯ СТАТИЧЕСКИ НАГРУЖЕННЫХ БАШЕН
НА ОСНОВЕ ЭВОЛЮЦИОННОЙ СТРАТЕГИИ.
4.1. Основные формы эволюционной стратегии.
4.1.1. Двучленная эволюционная стратегия.
4.1.2. Основные формы многочленных эволюционных стратегий
4.2. Совершенствование форм эволюционной стратегии.
4.2.1. Саморегулирующаяся шаговая адаптация
4.2.2. Эволюционные стратегии с переменной длительностью существования
4.3. Модификации с учетом требований дискретности
4.4. Выбор стратегических форм.
4.5. Связь оптимизации конструкции и эволюционной стратегии
4.5.1. Целевая функция.
4.5.2. Ограничения.
4.5.3. Переменные проекта.
4.5.4. Начальная популяция
4.5.5. Критерии сходимости
4.6. Пример.
4.6.1. Описание задачи
4.6.2. Решение с использованием эволюционных стратегий
4.6.3. Сравнение результатов по различным стратегическим формамИЗ
Выводы.
5. ОПТИМИЗАЦИЯ ДИНАМИЧЕСКИ НАГРУЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
5.1. Аналитический обзор
5.2. Решение нелинейных задач, связанных с колебаниями
5.2.1. Общие соображения
5.2.2. Метод Ныомарка.
5.2.2.1. Линейное уравнение движения
5.2.2.2. Нелинейные уравнения движения
5.2.3. Ускорение сходимости.
5.2.4. Нахождение внутренних усилий и напряжений
5.2.5. Управление итеративным решением
5.3. Пример.
Выводы.
Заключение.
Список литературы


В последние десятилетия в области инженерного дела, а также экономики и планирования намечается стремительный переход от допустимых инженерных и управленческих решений к оптимальным решениям. Однако современная теория оптимизации пока не удовлетворяет требованиям инженера-проектировщика в связи с тем, что ее строгие математические методы не учитывают реальных ситуаций проектно-конструкторских задач. Вместе с тем современная, все более усложняющаяся практика проектирования и конструирования нуждается в эффективных математических средствах решения таких задач. Возможности оптимального проектирования существенно расширились в связи с внедрением в практику проектирования вычислительной техники и эффективных численных методов расчета, в частности метода конечных элементов. В то же время, если в процессе оптимизации варьируемые параметры претерпевает значительные колебания, то возможны трудности со сходимостью процесса. Поскольку новый подход предусматривает комплексную разработку, позволяющую проектировать систему в целом, а не по отдельным ее частям, одной из чрезвычайно важных научных и прикладных задач является разработка методологии оптимального проектирования сложных технических систем - системного проектирования. Каждая конструкция имеет предел своей массы. Выдающийся американский математик Винер в книге “Кибернетика или управление и связь в животном и машине” пишет по этому поводу: “. Высота небоскребов ограничена тем, что если она превысит некоторый предел, то для верхних этажей потребуется шахта лифта, которая займет слишком большую часть поперечного сечения нижних этажей. Наилучший подвесной мост, который можно построить из материалов данной упругости, рухнет от собственного веса, если его пролет превысит некоторый предел, а при еще большем пролете рухнет от собственного веса любая конструкция, построенная из данного материала”. Конструкцию характеризует ряд показателей: надежность, стоимость, вес, габариты, время разработки и др. Трудность решения задачи состоит в недостатке априорной информации, необходимой для поиска оптимального варианта конструкции. Поэтому процедуру проектирования целесообразно строить так, чтобы на каждом его последующем этапе объем информации о конструкции возрастал. В то же время необходимо исключать неудовлетворительные варианты, выявленные в ходе проектирования. Эта процедура проектирования согласуется с эволюционной стратегией оптимизации. Проектирование конструкции представляется в виде некоторой последовательности уровней ее разработки, которые характеризуются степенью детализации ее элементов. Процесс проектирования конструкции связан с определением ее конфигурации и подбором материалов. В свою очередь проектирование конфигурации включает выбор типа системы, определение ее топологии, геометрии и параметров элементов (уровни структурного синтеза). Вообще структурный синтез можно определить как создание конструкции, которая в пределах оговоренных требований оптимально выполняет функциональные назначения. Рациональная конструкция может быть получена не только в результате надлежащего выбора ее конфигурации, но и путем эффективного формирования структуры среды в отношении модулей, коэффициентов анизотропии и др. Задача рационального подбора материалов приобрела практическое значение в связи с синтезом полимеров, появлением композитов. При создании конструкции заданной конфигурации из композиционных материалов определяются типы компонентов, их количество и расположение. Это повысило творческое начало, поскольку появилась возможность эффективного использования материалов. Изменение модулей в композитах может быть осуществлено, например, путем процентного содержания их составляющих. При создании конструкции заданной конфигурации из композиционных материалов определяются типы компонентов, их количество и расположение. Не менее важное практическое значение имеет задача рационального проектирования нагрузки на данную конструкцию, например, при изменении технологической линии и связанной с этим сменой оборудования.