Оптимальные оболочки вращения и основные критерии оптимальности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Цели. Критерий оптимальности - признак, на основании которого производится сравнительная оценка возможных альтернатив и выбор наилучшего решения. Критерием выбора оптимальной формы оболочки вращения может быть ее стоимость, минимальный вес, отсутствие изгибающих моментов и растягивающих нормальных усилий, заданное напряженное состояние для действующей внешней нагрузки, заданная несущая способность при оптимальной пологости, максимальная внешняя нагрузка, минимальный вес при ограничениях на значения собственной частоты колебаний и максимальных перемещений, отсутствие изгибающих моментов при учете внутреннего давления, собственного веса и центробежных сил, максимум критической нагрузки и многое другое. Выбрать приемлемый критерий оптимальности оболочки вращения - цель настоящего исследования. Методы. В статье представлены основные критерии оптимальности для оболочек вращения и источники получения информации за период с 1970 по 2019 г., что поможет изучить предшествующие результаты по использованию критериев оптимальности и приступить к дальнейшим изысканиям. Однако единого подхода к определению оптимальной оболочки вращения нет и, повидимому, не будет. Для каждого конкретного случая нагружения, или распределения напряжений по толщине, или требований к отношению объема и площади поверхности рассматриваемой оболочки, к учету различного вида расходов и других требований необходимы свои критерии оптимальности. Результаты. Впервые представлены 24 критерия оптимальности, применяемые для оболочек вращения. Указаны ученые, предложившие эти критерии, и даны соответствующие ссылки на 45 источников информации, в которых описываются рассматриваемые критерии. Показано, что принципы, положенные в основу оптимального проектирования, должны быть изложены с помощью языка, понятного компьютерам. Используя материалы статьи, проектировщики могут выбрать критерии для своего собственного проекта оптимальной формы оболочки.

Об авторах

Сергей Николаевич Кривошапко

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: krivoshapko-sn@rudn.ru

доктор технических наук, профессор, департамент строительства, Инженерная академия

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Список литературы

  1. Noor A.K. (1990). Bibliography of books and surveys on shells. AMR, 43(9), 223-234.
  2. Zarutzkiy V.A., Sivak V.F. (1999). Experimental investigations of dynamic of shells of revolution. Prikl. Meh. (Kiev), 35(3), 3-11 (In Russ.)
  3. Krivoshapko S.N., Mamieva I.A. (2012). Analiticheskie poverhnosti v arhitekture zdaniy, konstruktziy i izdeliy [Analytical Surfaces in Architecture of Buildings, Structures, and Products]. Moscow: LIBROCOM Publ. (In Russ.)
  4. Prabhavati P., Vankudre S.B., Varur Veeresh. (2014). Optimization of RCC Dome. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), 3(6), 1515-1519.
  5. Stadler W., Krishnan V. (March 1989). Natural structural shapes for shells of revolution in the membrane theory of shells. Structural Optimization, 1(1), 19-27.
  6. Abramov N.I., Aleksandrov V.T. (1989). On using mathematical methods of optimization in designing. Stroit. Meh. i Raschet Soor., (4), 40-41. (In Russ.)
  7. Furunjiev R.I., Guglya V.A., Furunjiev R.I. (1987). SAPR ili kak EVM pomogaet konstruktoru [System of automated design or the help of computer to designer]. Minsk: Vysheishaya shkola Publ. (In Russ.)
  8. Mihailenko V.E., Obuhova V.S., Podgorniy A.L. (1972). Formoobrazovanie obolochek v architekture [Shell Forming in Architecture]. Kiev. (In Russ.)
  9. Krivoshapko S.N., Emel’yanova Yu.V. (2006). On a problem of surface of revolution with geometrically optimal rise. Montazh. i Spetz. Raboty v Stroit., 2, 11-14. (In Russ.)
  10. Kreychman M.M. (1982). Research of stress-strain state of shells of nodoid type loaded by non-axisymmetrical load quickly changing. Kazan: Kazan. un-t. (In Russ.)
  11. Gorodov G.F., Gagarin Yu.A., Mitenkov F.M., Pichkov S.N. (2000). The application of nodoid and unduloid shells for the design of atomic installations. Prikl. Probl. Prochnosti i Plastichnosti, (61), 61-63 (In Russ.)
  12. Krivoshapko S.N. (1998). Drop-shaped, catenoidal and pseudo-spherical shells. Mont. i Spetz. Raboty v Stroitelstve, (11-12), 28-32. (In Russ.)
  13. Alehin V.V. (1979). Construction of equal strength shells of revolution. Mat. Modeli i Vychisl. Metody Meh. Sploshn. Sredy, 77-84. (In Russ.)
  14. Annaberdyev E. (1971). On one method of determination of the single surface of revolution passing through two given circles. Kibernetika Grafiki i Prikl. Geom. Poverhnostey, VIII(231), 47-48. (In Russ.)
  15. Stolyarchuk V.A. (1977). The determination of form of certain class of shells of revolution of minimal weight loaded by inner uniform pressure. Prikl. Problemy Prochnosti i Plastichnosti, (7), 104-108 (In Russ.)
  16. Stroud W.J. (February 1971). Minimum-mass isotropic shells of revolution subjected to uniform pressure and axial load (Report No. NASA TN D-6121). NASA Langley Research Center Hampton.
  17. Stupishin L., Nikitin K., Kolesnikov A., Altuhov F. (2017). Optimal design of shells with step-function distribution of thickness. International Journal of Optimization in Civil Engineering, 7(2), 231-240. Retrieved from http:// ijoce.iust.ac.ir/article-1-295-en.html
  18. Kosmodemianskiy A.S., Tataranova O.P. (1981). Natural vibrations of complex shell system. Dokl. AN USSR, 5, 50-53. (In Russ.)
  19. Serra M. (2010). Design of Membrane Shells of Revolution with Optimal Stiffness. Mechanics Based Design of Structures and Machines, 38(4), 403-416.
  20. Malakhov V.G. (2003). Optimization of Shells of Revolution (Dis. kand. fiz.-mat. nauk). Kazan: IMM KazNTz RAN. (In Russ.)
  21. Kruzelecki J. (1979). Pewne problemy ksztaltowania powlok osiowo-symetrycznych w stanie blonowym. Mechanica teoretyczna i stosowana, 17(1), 75-92. (In Polish.)
  22. Farshad M. (1977). On the shape of momentless tensionless masonry domes. Build. and Environ., 12(2), 81-85.
  23. Banichuk N.V., Ivanova S.Yu., Makeev E.B., Sinitzin A.V. (2005). Some problems of optimal design of shells with paying attention to accumulation of damages. Problemy Prochnosti i Plastichnosti, 67, 46-59. (In Russ.)
  24. Dehtyar A.S. (1975). The optimal shell of revolution. Stroit. Meh. i Raschet Soor., (2), 11-15. (In Russ.)
  25. Stupishin L.Yu. (1993). Investigation of optimal forms of shallow shells of revolution with the help of the principle of maximum of L.S. Pontryagin. Kursk: KPI Publ. (In Russ.)
  26. Gmirach K.M., Kozlov A.V., Proskurov R.A. (2017). Selection of optimal parameters of elliptical reinforced concrete shell of revolution. International Research Journal, (2-56-3), 100-104. (In Russ.)
  27. Polivanov А.А. (2009). Calculation of optimal geometrical characteristics of shell structures under static loading. Sovremennie Problemy Nauki i Obrazovaniya, (6-3). Retrieved from http://www.science-education.ru/ru/ article/view?id=1442. (In Russ.)
  28. Toropov V.V. (1979). Weight optimization of combined shells of revolution on condition of strength, rigidity, and stability. Prikl. Problemi Prochnosti i Plastichnosti: Vses. Mezhvuz. Sb., 13, 122-127. (In Russ.)
  29. Malakhov V.G. (1999). Search of optimal thickness of non-thin shell of revolution. Mehanika obolochek i plastin: sb. dokl. XIX Mezhd. konf. po teorii obolochek i plastin, 135-140. (In Russ.)
  30. Diallo Boubacar, Ellyin Fernand. (February 1983). Optimization of connecting shell. Journal of Engineering Mechanics, 109(1). https://doi.org/10.1061/(ASCE)07339399(1983)109:1(111)
  31. Krivoshapko S.N. (2005). Model surfaces of connecting fragments of two pipe lines. Montazhn. i spetz. raboty v stroitelstve, (10), 25-29. (In Russ.)
  32. Mota Soares C.M., Mota Soares C.A., Barbosa J. Infante. (1992). Sensitivity analysis and optimal design of thin shells of revolution. 4th AIAA/USAF/NASA/OAI Symp. Multidiscip. Anal. and Optimiz., Cleveland, Ohio, Sept. 21- 23, 1992: Collect. Techn. Pap., (2), 701-709.
  33. Belikov G.I., Tarasov A.A. (1982). Optimization of geometrical parameters of hyperbolic cooling towers when natural vibration. Stroit. Meh. i Raschet Soor., (4), 12-15. (In Russ.)
  34. Belikov G.I. (2012). Optimization of topology of a hyperboloid of rotation on condition of strength and rigidity. Vestnik VolgGASU. Ser. Stroitelstvo i Arhitektura, (29), 110-114. (In Russ.)
  35. Ermolaev N.V. (1984). Compound shells of revolution of minimal mass with limitation for natural frequencies, stresses, and displacements (Dis. kand. tekh. nauk). Gorkiy. (In Russ.)
  36. Blachut J. (1987). Optimal barrel-shaped shells under buckling constraints. AIAA Journal, 25(1), 186-188.
  37. Krivoshapko S.N., Ivanov V.N. (2018). Catenoidal shells. Promyshlennoe i Grazhdanskoe Stroitel’stvo, (12), 7-13. (In Russ.)
  38. Nick B. (2017). Search for dome. 3D Warehouse. Trimble Inc., The Netherlands.
  39. Ram Ranjan Sahu, Pramod Kumar Gupta. (2015). Blast Diffusion by Different Shapes of Domes. Defense Science Journal, 65(1), 77-82.
  40. Skladnev N.N., Zhukovskiy E.Z. Sharshukova L.M. (1989). Optimization of shells on a base of system analysis and numerical methods. Stroit. Meh. i Raschet Soor., (1), 9-13. (In Russ.)
  41. Al-Khattab Salim Abdul-Razzak. (2005). Optimization of shells of revolution from materials having different mechanical characteristics for tension and pressure (Dis. kand. tekh. nauk). Moscow. (In Russ.)
  42. Obraztzov I.F., Vasil’ev V.V., Bunakov V.A. (1977). Optimal’noe armirovanie obolochek vrascheeniya iz kompozitzionnih materialov [Optimal Reinforcement of Shells of Revolution from Composite Materials]. Moscow: Mashinostroenie Publ. (In Russ.)
  43. Karpov Ya.S., Gagauz P.M. (2010). Proektirovanie obolochek vrascheeniya iz kompozitzionnih materialov [Designing of Shells of Revolution from Composite Materials]. Kharkov: Natz. aero-kosm. un-t “Kharkov. aviatz. in-t”. (In Russ.)
  44. Elsayed Fathallah. (May 2019). Finite element modelling and multi-objective optimization of composite submarine pressure hull subjected to hydrostatic pressure. Materials Science Forum, 953, 53-58. doi: 10.4028/www. scientific.net/MSF.953.53
  45. Kanak Kalita, Tanmoy Mukhopadhyay, Partha Dey, Salil Haldar. (May 2019). Genetic programming assisted multi-scale optimization for multi-objective dynamic performance of laminated composites: the advantage of more elementarylevel analyses. Neural Computing and Applications.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».