Simplified selection of optimal shell of revolution

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Relevance. Architects and engineers, designing shells of revolution, use in their projects, as a rule, spherical shells, paraboloids, hyperboloids, and ellipsoids of revolution well proved themselves. But near hundreds of other surfaces of revolution, which can be applied with success in building and in machine-building, are known. Methods. Optimization problem of design of axisymmetric shell subjected to given external load is under consideration. As usual, the solution of this problem consists in the finding of shape of the meridian and in the distribution of the shell thickness along the meridian. In the paper, the narrower problem is considered. That is a selection of the shell shape from several known types, the middle surfaces of which can be given by parametrical equations. The results of static strength analyses of the domes of different Gaussian curvature with the same overall dimensions subjected to the uniformly distributed surface load are presented. Variational-difference energy method of analysis is used. Results. Comparison of results of strength analyses of six selected domes showed that a paraboloid of revolution and a dome with a middle surface in the form of the surface of rotation of the z = - a cosh( x/b ) curve around the Oz axis have the better indices of stress-strain state. These domes work almost in the momentless state and it is very well for thin-walled shell structures. New criterion of optimality can be called “minimum normal stresses in shells of revolution with the same overall dimensions, boundary conditions, and external load”.

About the authors

Sergey N. Krivoshapko

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Author for correspondence.
Email: sn_krivoshapko@mail.ru

DSc, Professor, Professor of the Department of Civil Engineering, Academy of Engineering

6 Miklucho-Maklaya St., Moscow, 117198, Russian Federation

Vyacheslav N. Ivanov

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: sn_krivoshapko@mail.ru

DSc, Professor, Professor of the Department of Civil Engineering, Academy of Engineering

6 Miklucho-Maklaya St., Moscow, 117198, Russian Federation

References

  1. Novozhilov V.V., Chernykh K.F., Mikhaylovskiy E.I. (1991). Lineynaya Teoriya Tonkich obolochek [Linear Theory of Thin Shells]. Leningrad, Politehnika Publ. (In Russ.)
  2. Ram Ranjan Sahu, Pramod Kumar Gupta. (2015). Blast diffusion by different shapes of domes. Defense Science Journal, 65(1), 77-82.
  3. Nick B. (2017). Search for dome. 3D Warehouse. Trimble Inc., Nederland.
  4. 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. https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.56.049. (In Russ.)
  5. Zingoni A. (2002). Parametric stress distribution in shell-of-revolution sludge digesters of parabolic ogival form. Thin-Walled Structures, 40, 691-702.
  6. Zingoni A., Enoma N. (2018). Strength and stability of toroidal domes of prolate elliptic section. Proc. of the IASS Annual Symposia, IASS 2018 Boston Symposium: Shell Structures, 1-8.
  7. Krivoshapko S.N., Ivanov V.N. (2018). Pseudospherical shells in building industry. Building and Reconstruction, 2(76), 32-40. (In Russ.)
  8. Krivoshapko S.N., Ivanov V.N. (2018). Catenoidal shells. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel’stvo, (12), 7-13. (In Russ.)
  9. Krivoshapko S.N. (2018). Shells of revolution of noncanonical forms. Izvestiya vuzov. Stroitelstvo, 7(715), 66-79. (In Russ.)
  10. Zingoni A. (2018). Shell Structures in Civil and Mechanical Engineering: Theory and Analysis. ICE Publishing, London.
  11. Krivoshapko S.N. (2015). History of Development of Architecture of Spatial Structures and Shells with the Bases of Strength Analysis. Moscow: RUDN University. (In Russ.)
  12. Krivoshapko S.N. (2019). Optimal shells of revolution and main optimizations. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings, 15(3), 201-209. http://dx.doi.org/10.22363/1815-5235-2019-15-3-201-209
  13. Krutov A.V. (2002). Forming curves of fairing. Izv. vuzov. Mashinostroenie, (5), 78-80. (In Russ.)
  14. Krivoshapko S.N. (2017). On application of parabolic shells of revolution in civil engineering in 2000-2017. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings, (4), 4-14. http://dx.doi.org/10.22363/1815-52352017-4-4-14. (In Russ.)
  15. Belyaeva Z.V. (2015). Geometrical Modeling of Spatial Structures (PhD Diss.). Ekaterinburg. (In Russ.)
  16. Belyaeva Z.V., Mityushov Е.А. (2008). Mathematical modeling of vaults and domes. Building and Education, 11. Ekaterinburg: UGTU-UPI Publ. (In Russ.)
  17. Encyclopédie Des Formes Mathematiques Remarquables Surfaces. http://mathcurve.com/surfaces/surfaces.shtml
  18. Vertinskaya N.D. (2009). The bases of geometric modeling technological processes. Uspehi sovremennogo estestvoznaniya, (5), 84-87. http://www.natural-sciences.ru/ ru/article/view?id=15691. (In Russ.)
  19. Sabitov I.H. (1986). The research of stiffness and non-bending of analytical surfaces of revolution with a flattening at the pole. Vestnik MGU. Matematika. Mehanika, (5), 29-36. (In Russ.)
  20. Gbaguidi Aïssè G.L. (2019). Influence of the geometrical researches of surfaces of revolution and translation surfaces on design of unique structures. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings, 15(4), 308-314. http://dx.doi.org/10.22363/1815-5235-2019- 15-4-308-314
  21. Diaz-Severiano J.A., Gomez-Jauregui V., Manchado C., Otero C. (2018). Symmetry in Regular Polyhedra Seen as 2D Möbius Transformations: Geodesic and Panel Domes Arising from 2D Diagrams. Symmetry, (10), 356. DOI: 0.3390/sym10090356
  22. Rabello F.T., Marcellino N.A., Loriggio D.D. (2016). Automatic procedure for analysis and geometry definition of axisymmetric domes by the membrane theory with constant normal stress. Rev. IBRACON Estrut. Mater., 9(4), São Paulo, July/Aug.
  23. Abdessalem J., Fakhreddine D., Said A., Mohamed H. (2014). Shape optimization for a hyperelastic axisymmetric structure. Journal of Engineering, Design and Technology, 12(2), 177-194. https://doi.org/10.1108/JEDT10-2011-0072.
  24. Jasion P., Magnucki K. (2016). Buckling and postbuckling analysis of untypical shells of revolution. Insights and Innovations in Structural Engineering, Mechanics and Computation: Proc. of the 6th International Conference on Structural Engineering, Mechanics and Computation, SEMC 2016, 766-771. doi: 10.1201/9781315641645-125
  25. Gureeva N.A., Klochkov Yu.V., Nikolaev A.P. (2011). Analysis of shells of revolution on the base of a mixed FEM with using of tensor approximation of design variables. Fundamentalnie issledovaniya, (8-2), 356-362. http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=27962. (In Russ.)
  26. Adriaenssens S., Veenendaal D., Williams Chris J.K. (2014). Shell Structures for Architecture: Form Finding and Optimization. Routledge, 323.
  27. Bulygin A.V. (1977). On one class of shells of alternating total curvature. Mehanika tvyordogo tela (MTT), 5, 97-104. (In Russ.)
  28. Ramm E. (1992). Shape finding methods of shells. In F.G. Rammerstorfer (ed.), Nonlinear Analysis of Shells by Finite Elements. Springer - Verlag, Wien. DOI: 10.1007/ 978-3-7091-2604-2

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

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».