Оптимальное проектирование металлических структур

• Автор: Алпатов, Вадим Юрьевич
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 270 с. : ил

Содержание
Введение.
1. Обзор работ, посвященных структурным конструкциям и оптимальному проектированию конструкций.

I. I Общая характеристика структурных конструкций.

1.2 Опыт применения металлических пространственных конструкций типа структур

1.3 Достоинства и недостатки металлических структур.

1.4 Способы повышения эффекгивности металлических структур

1.5 Краткий обзор развития теории оптимального проектирования стержневых

конструкций

1.6 Классификация задач параметрической оптимизации.

1.7 Задачи синтеза конструкций

1.8 Оптимизация пространственных рештчатых металлических конструкций
регуля рной структуры
1.9 Цели и задачи исследования. Схема получения оптимального решения
2. Оптимальное проектирование структурных конструкций и несущих металлических каркасов, включающих структурные блоки покрытия
2.1 Постановка задачи оптимального проектирования структурных конструкций,
обладающих плоским или криволинейным очертанием поясов.
2.1.1 Описание расчетной модели.
2.1.2 Выбор критерия качества, создание математической модели и описание системы ограничений.
2.1.3 Оптимизационный подбор сечений элементов стержневых конструкций
2.2 Декомпозиция задачи оптимального проектирования структурных конструкций,
обладающих плоским или криволинейным очертанием поясов.
2.2.1 Постановка задачи поиска оптимальной геометрической формы структурных конструкций.
2.2.2 Постановка задачи поиска оптимального распределения материала в структурной конструкции с заданной геометрией.
2.2.3 Свойства выделенных подзадач и определение методов их решения
2.3 Поиск оптимальных г еометрических параметров структурной металлической
плиты, собираемой из крупноразмерных отправочных марок.
2.3.1 Постановка задачи.
2.3.2 Математическая модель поиска оптимальных геометрических параметров
структурной плиты, собираемой из крупноразмерных элементов
2.3.3 Алгоритм определения оптимальных параметров структурной
металлической плиты, собираемой из крупноразмерных элементов
2.4 Оптимальное проектирование стального каркаса, состоящего из опор, вертикальных связей между ними и покрытия в виде двухскатной структурной конструкции
2.4.1 Постановка задачи
2.4.2 Алгоритм решения задачи
2.4.3 Определение наивыгоднейшего положения внутренних опор в несущем каркасе здания с покрытием в виде двухскатной структурной пространственной конструкции
2.4.4 Математическая модель поиска оптимального распределения материала в несущем каркасе с покрытием в виде двухскатной структурной конструкции
3. Разработка математического аппарата оптимизации металлических структур. Создание подсистем автоматизированного проектирования стержневых металлических конструкций.
3.1 Актуальность создания подсистем автоматизированного проектирования
стержневых металлических конструкций
3.2 Оптимизация и проектирование конструкций с использованием подсистемы
САПР ЛИРАПСМК
3.3 Оптимизационный подбор сечений прокатных профилей по требованиям
прочностиустойчивости с использованием программы Прокат
3.4 Оптимизация металлических структурных конструкций с использованием
программного комплекса ПОФСКМиражПСМК.
3.5 Структура расчетного комплекса ПОФСКМиражПСМК.
3.6 Организация вычислительных процедур в расчетном комплексе ПОФСК
МиражПСМК
3.6.1 Описание координат узлов структурной конструкции.
3.6.2 Определение массы структурной конструкции
3.6.3 Определение геометрической длины элементов структурной конструкции
3.6.4 Алгоритм приведения нагрузки от собственного веса структурной конструкции к узловой.
3.6.5 Приведение нагрузки, заданной распределнной по площади величиной, к
узловой
3.7 Интерфейс пользователя программы ПОФСК
4. Поиск новых геометрических форм структурных конструкций и анализ их напряженнодеформированного состояния с применением расчетного комплекса ПОФСКМиражПСМК.
4.1 Оптимальное проектирование пространственного каркаса здания с покрытием в
виде двухскатной структурной конструкции.
4.1.1 Определение наивыгоднейшего положения внутренних опор.
4.1.2 Определение оптимального распределения материала в несущем каркасе
4.1.3 Выводы по проведенной работе
4.2 Определение оптимальных размеров поясных ячеек н высоты на опоре для
структурной металлической плиты, собираемой из крупноразмерных отправочных марок
4.2.1. Решение задачи.
4.2.2 Достоверность результатов.
4.2.3 Оценка эффективности полученного решения
4.2.4 Выводы по поведенной работе.
4.3 Поиск оптимальной геометрической формы структурной конструкции
4.3.1. Постановка задачи
4.3.2. Принцип формообразования структурных конструкций. .
4 3.3. Решение задачи.
4.3.4. Выводы по проведенной работе.
4.4 Определение оптимальных геометрических параметров структурной
конструкции покрытия типа двухсетчатой оболочки
4.4.1. Описание конструкции.
4.4.2. Постановка задачи
4.4.3. Описание расчетной модели конструкции
4.4.4. Математический аппарат решения задачи
4.4.5. Алгоритм решения задачи
4 4.6 Исследование изменения массы структурной конструкции при вариации
высоты на опоре
4.4.7 Исследование изменения массы структурной конструкции при вариации
стрелы подьема верхней поясной сетки.
4.4.8. Выводы по проведенной работе.
4.5. Экспериментальнотеоретическое исследование углового соединения
структурной конструкции из уголков, выполненного на листовых фасовках
4.5 .1 Построение расчетной модели узлового соединения структурной
конструкции средствами программ Лира и .
4.5.2 Построение геометрической модели узлового соединения структурной конструкции средствами программы i
4.5.3 Построение расчетной модели узлового соединения структурной конструкции средствами программы .
4.5.4 Построение расчетной модели узлового соединения структурной конструкции средствами программы i .
4.5.5 Решение задачи.
4.5.5.а Решение задачи при помощи программы Лира.
4.5.5.б Решение задачи при помощи программы .
4.5.5.в Решение задачи при помощи программы .
4.5.5.Г Решение задачи при помощи программы i .
4.5.6 Выводы по результатам проведения исследования
5. Апробация работы. Внедрение результатов. Рекомендации по проектированию структурных конструкций.
5.1 Апробация работы
5.2 Внедрение результатов.
5.3 Рекомендации для проектирования рациональных по массе структурных
конструкций
Общие выводы.
Литература


Применительно к покрытиям требования экономичности, создания конструкций позволяющих перекрывать большие пролеты определили появление такого класса конструкций как структуры. Однако опыт проектирования этих конструкций показывает, что при определенных условиях они сильно проигрывают традиционным конструкциям в весе, а отсутствие развитых методов экономической оценки структур в этих условиях ставят под сомнение утверждение об их экономичности. Очевидно, что структуры нуждаются в оптимальном проектировании, позволяющем без сомнения определить экономическую эффективность конструкции, а так же отыскать новые геометрические и конструктивные формы. Оптимальное проектирование является актуальной проблемой современного проектирования. Задачей проектирования всегда являлось достижение комплекса наилучших характеристик комплекса наилучших критериев качества. Этот факт легко объяснить естественным желанием заказчика инвестора получить максимум качества при минимуме затрат. Оптимизация в целом и оптимальное проектирование в частности призвано разреииггь это противоречие, а использование принципов оптимизации во всех областях человеческой деятельности сулит значительную экономию денежных средств, что в наше трудное экономическое время представляет бесспорный интерес. Некоторые решения, относящиеся к области рационального конструирования, появляются уже у Галилея в его Беседах о механике г Задачу о наименьшем весе колонны равного сопротивления при продольном изгибе рассматривал Лагранж г. Леви, Мичелл. Значительные результаты были получены Шуховым В. Г., Митчелом г. Клаузеном г. М. Леви г. Николаи Е А Эти работы подготовили почву для следующего этапа разработки теории решения так называемой обратной задачи строительной механики в основном для стержневых систем. Однако как самостоятельное научное течение разработка проблем оптимального проектировать конструкций оформилась сравнительно недавно. За исключением нескольких работ, вся литература по этой теме относится к шести последним десятилетиям. Одним из толчков в развитии теории оптимального конструирования послужила книга И. М. Рабиновича , в который предлагался практический способ проектирования экономичных критерийобъбм статически неопределимых ферм, методом заданных напряжений. В продолжение идей, заложенных в этой монографии, стали появляться работы различных ученых Хуберяна 7, 9, Ф. Л И. Виноградова . Далее А. Появляются работы Ю. А. Радцига в которых автор предлагает аппарат зеркальных функций для записи теоретического объема фермы, и дает i правило определения наименьшего значения целевой функции одного переменного. Немногим раньше развиваются идеи польской школы по теории оптимальных систем, в которых исследуется связь между перераспределением материала в конструкции и величиной потенциальной энергии системы. Рациональное проектирование конструкций невозможно без использования рациональных сечений, поэтому появляется много работ различных авторов о проектировании сечений оптимальной формы, среди которых В. М. Вахуркин , , Б. Г. Ложкин и другие . С развитием вычислительной техники за рубежом стали появляться работы по оптимизации конструкции с использованием ЭВМ , 7. Стала реальной задача о синтезе ферм поиск структуры и очертания, которую решал Д. А. Мацюлявичюс . Чирас 1 использовал линейное программирование для оптимизации упругопластических систем на основе критерия предельного равновесия. Широко применяли ЭВМ ученики А. И. Виноградова О. П. Дорошенко , Ю. П. Китов . Стало возможным использовать аппарат зеркальных функций для проектирования несколько раз статически неопределимых ферм, этим вопросом занимались И. С. Холопов 2, Я. И. Ольков . ЭВМ для итерационных пересчетов и поиска оптимального распределения материала в фермах и пластинах. Задачу поиска оптимальной железобетонной конструкции и распределения материала путем многократного решения системы уравнений метода сил решал М. И. Рсйтман . Решение оптимизационных задач распространяется на различные конструкции, балки на упругом основании , пластинки, моментные и безмоментные оболочки , .