Введение к работе
Актуальность темы. Большие скорости современных летательных аппаратов, повышение точности проектирования, увеличение пределов прочности основных конструкционных материалов при незначительном росте их модулей упругости приводит к большим эксплуатационным деформациям а также низким частотам собственных колебаний и поэтому наряду с требованиями прочности ограничения по жесткости выступают как важнейшие при проектировании современной авиакосмической техники.
Выполненная работа представляет собой часть плановых исследований в рамках программ Госкомвуза РФ "Университеты России", "Высокие технологии".
Цель работы - разработка теоретических основ проектирования с учетом требований жесткости, получение новых критериев оптимальности, построение на их основе эффективных алгоритмов проектирования, реализация разработанных методов в виде пакета прикладных программ, постановка и решение новых проектных задач. Достижение поставленных целей позволяет получить новое комплексное решение актуальной научной проблемы рационального проектирования тонкостенных конструкций с учетом требований жесткости.
Методы исследования. При решении поставленных задач применялись методы строительной механики и теории упругости, метод конечных элементов, метод множителей Лагранжа, вариационное исчисление, математическое программирование, вычислительные эксперименты.
Научная новизна. В диссертации получены следующие новые результаты:
для статически определимых упругих систем решение задачи оптимального распределения материала по элементам конструкции, обеспечивающего выполнение только требований жесткости в виде ограничений на упругие перемещения под на-
мРальн0о!ти-ВЫВеДеННЫЙ В ХДЄ РЄШЄНИЯ Н0ВЫЙ кРитеРий опти-
нл ' Доказанное положение, что требуемых деформаций
можно достичь не только за счет увеличения жестко! неГ
торых элементов, но и за счет увеличения податливости опре
деленных участков конструкции, для обнаружения которых
предложен надежный и универсальный mnoJ; Р
для статически неопределимых конструкций пабо-
;Ги1На НЄСК0ЛЬК СЛуЧаЄВ н-РУ-ения, алгоритм" рацио
нального распределения материала с одновременным учетом
требовании прочности и ограничений типа неравенств на
упругие перемещения под нагрузкой; равенств на
для ограничений типа строгих равенств на упругие пе
ремещения точек конструкции условие обеспечения заданных
перемещении и алгоритм проектирования с одновременным
учетом требований прочности и жесткости; вРе^нным
RURft; ФРмУлиРовка и решение новой задачи аэроупругости и вывод о том, что порождаемое требование жесткости представ
двух оежимяГаНИЧЄНИЄ РаЗН0С УПРУГИХ пеР^ещеРний на двух режимах полета;
шрй п,ГШЄНИЄ Н0ВЙ 3аДаЧИ пРоекрования силонагружаю-ных афеГаГов;"" ^^^ ПРЧНОСх испытаний отдельна Критерии оптимальности для конструкций типа балок и
тот гпТтГПНЫХ И РЛТ0ТРПНЫХ пластин ПРИ ограничении час-тот собственных колебаний;
алгоритмы проектирования изгибаемых упругих систем с одновременным учетом требований прочности и ограничений на частоты собственных колебаний; Печении
решение задачи оптимизации осей ортотропии несущих слоев трехслойных пластин при учете только требований ди намическои жесткости в виде ограничения на частоту соб-ственных колебаний; у
методика выбора рационального направления подкреп-[яющего набора с одновременным учетом требований проч-юсти, статической (ограничения упругих перемещений) и ди-іамической (ограничения собственных частот) жесткости;
модификация алгоритма Хука - Дживса поиска экстре-іума функций, позволяющая существенно повысить его бы-тродействие при проведении поиска в районе изогнутых оврагов" и "хребтов" целевой функции;
способы повышения эффективности программной реали-ации алгоритмов проектирования: принципы организации ин-ерфейса с пользователем; усовершенствования алгоритма потроєння линий равного уровня с цветовой заливкой межуров-:евого промежутка; полуавтоматический алгоритм построения иний тока для векторных полей;
технические решения высокой эффективности для неко-орых типов конструкций: форма проходных токарных резцов; кантовка круглого отверстия.
Практическая ценность работы. Разработанная вы-ислительная система позволяет решать широкий круг задач по асчету и поиску рационального распределения материала в ложных пространственных тонкостенных конструкциях. Реа-изованные в ней оригинальные алгоритмы обладают высокой ффективностью как по быстродействию, так и по качеству тыскиваемых проектных решений.
Реализация исследований. Разработанные методы ис-ользованы при выполнении научно-исследовательских работ о обеспечению проектирования одного пассажирского само-ета и ряда изделий космической техники. Вычислительная истема, реализующая разработанные алгоритмы проектирова-ия, внедрена в четыре проектные организации и в учеб-ый процесс в Самарском государственном аэрокосмическом ниверситете.
Апробация работы. Результаты работы докладывались а I Всесоюзном семинаре-совещании "Проблемы оптими-щии в машиностроении" (Харьков, май 1982г.), на II
Всесоюзном совещании "Автоматизация проектирования и конструирования" (Ленинград, февраль 1983г.), на Всесоюзной конференции "Проблемы оптимизации и надежности в строительной механике" (Вильнюс, июнь 1983г.), на 1 Всесоюзной школе-конференции "Математическое моделирование в машиностроении" (Куйбышев, октябрь 1990г.), на III Международной научно - технической конференции "Программное обеспе^
ление ЭВМ^—(ТверЬт-ноябрь—г990гт)гна-1Т Всесоюзной кт-
ференции "Современные проблемы строительной механики и прочности летательных аппаратов" (Харьков, сентябрь 1991г.), на Межгосударственной научной конференции "Экстремальные задачи и их приложения" (Н.Новгород, май 1992г.), на II Русско-Китайском симпозиуме по космической науке и технике (Самара, июль 1992г), на Международной научно - технической конференции "Актуальные проблемы математического моделирования и автоматизированного проектирования в машиностроении, МОДЕЛЬ - ПРОЕКТ 95" (Казань, июнь 1995г.), на научно-техническом семинаре III отделения ЦАГИ (Москва, октябрь 1995).
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 19 печатных работ: 9 статей в научных журналах и сборниках, из которых 1 опубликована за рубежом, 5 в центральной печати; тезисы 10 научных докладов на Всесоюзных и международных конференциях.
Объем работы. Диссертационная работа, состоящая из предисловия, шести разделов, основных результатов и выводов, а также заключения, содержит 368 страниц основного текста, включая 137 рисунков, 15 таблиц и список использованных источников из 255 наименований.