Введение к работе
Актуальность теми и степень исследования тематики диссертп-ц и и. Проблема рационального использования материала в строитель них конструкциях входит в число вакнейших и ее решение ведется различными методами, что подчеркивает многовариантность конструктивных решений объекта проектирования и необходимость выполнения' значительных по объему исследований, награвленник на выбор наиболее эффективного из них. Значительную роль при этом играют методы оптимального проектирования, суть которых заключается в описании в той или иной математической форме поставленной задачи и ее решение при наличии заданных ограничений и принятых критериев оптимальности. В математических моделях задач оптимизации в качестве переменных проектирования, как правило, рассматриваются усилия в система, возникающие от внешних воздействий, в том числе и усилия преднапрягкекия, если они предусмотрены в конструкции, параметры геометрической схемы и сечений отдельных ее элементов. Однако только в отдельних случаях вопроси распределения материала по поперечному сечению рассматриваются в единой задаче оптимизации конструктивной формы, ибо с целью упрощения оптимизационного расчета компоновке поперечних сечении элементов уделяется внимание после его завершения.
Шесте с тем, п конструкциях с составными элементами такой общепринятый подход приводит к несколько искаженному результату. Ток, по заданной плоиадн /дата оптимальной по принятому критерію/ моано скомпоновать ряд сечений с различиями геометрическими характеристиками, что особенно для статически неопределимых систем повлияет на распределении внутренних усилий. Кроме того геометрические х"рактеристики сечений влияют на значения коэффициентов, принимаемых при расчете на устойчивость скатнх стержней. Зто замечание отражается на результатах проектирования как статически неопределимых, ток и статически определимых систем, особенно в случае поиска их оптимальных геометрических схем.
Наиболее точи не методы оптимизации составных сечен;;;; строятся на послєдорєїєльном приближении к оптимальному результату, что усложняет их использовании в процессе оптимизации конструкции В ЦЙЛОМ. ДЛЯ КОТОРОГО ИСПОЛЬЗУЮТСЯ, КПК ПРЛГ-ИЛО, I'.VepaftH.OH-
uue методи мзтематичеекгго программирования. В ото:'- с: птн коз;'!1.-
каст необходимость а разработке безитерационных алгоритмов подбора и компоновки сечений отдельных элементов стержневых конструкций, приспособленных для возможности их использования при решении задач оптимального проектирования.
Цель и основные задачи научного исследования. Цель диссертационной работы состоит в разработке методик прямого подбора составных спдошностснчатых поперечник сечений центрально- и внецентренно-сжатых стержней, используемых при оптимальном проектировании стержневых конструкций. Достижение поставленной цели осуществляется на основе решения слздуедих задач: разработка алгоритмов прямого подбора и компо-нс;ч;и поперечних сечений центрально- и внецентренно-сжетых стержней в соответствии с требованиями СНиП и европейских норм "Ев- рокод-3"; сияпление закономерностей изменения параметров оптимальних поперечных сечений; сопоставление результатов проектирования по СНиП и "Еврокод-3"; совершенствование метода оптимального проектирования стальных стержневых конструкций за счет учета оп-тичплыюй компоновки поперечных сечений сжатых стержней.
Методы ісследования. Для решения задач хочцоновки поперечных сечений используются аналитические методы, о при оптимальном проектировании стержневых конструкций - методы конечних элементов /для статического расчета/ и неортогоняльного проектирования градиентов целевой функции с компенсацией невязки на границе области допустимых решений /для решения задачи оптими-аяции/.
Личный вклад диссертанта в разработку научных результатов состоит в следующем:
разработаны безитерационные алгоритмы компоновки оптимальних двутапровнх, коробчатых и крестообразных сечений центрально-сжатых, а такие двутавровых сечений внепентронно-сжатых оле-монтсп;
выявлены закономерности распределения материала по поперечному сочению оптимально спроектированных сжатых стержней в зависимости от исходных данных;
сопоставлены и проанализированы результаты проектирования № OUi-Jl и "Кг.рсжод-У";
разработана подпрограмма компоновки поперечник сечений сжатых стерянеи в пягет прикладних программ "ПОИСК", предназначенный для решения обобщенной задачи оптимального проектирования стальник стержневих конструкций;
доказана необходимость и экономическая эффективность учета особенностей компоновки составных сечений ехптнх ЗЛ^ІЛЧИТОВ при оптимальном проектировании конструкций.
Обоснование теоретической и практической ценности исследований и их научной новизни, Научная новизна и теоретическая ценность результатов работ состоит в следушцэм:
обоснована необходимость а целесообразность учета вопросов компоновки составных поперечных сечений элементов при оптимальном проектировании конструкций;
разработаны безитерпциошше алгоритми подборы поперечник сечении,, приспособленных: для решения задач оптимального проектирования конструкций.
Достоверность результатов обеспечена корректностью математической постановки задачи, применением апробировании*: меаодон при решении задачи оптимизации, что обеспечивает количественную и качественную сходимость результатов исследование с данш/ми, полученными другими авторами.
Практическое значение диссертационной работы определяется разработкой прикладных программ для ПЭЗМ, позволявших с целью оигаяения материалоемкости решать задачи оптимизации как на локальном /проектирование стержней по заданным усилиям/, так и па глобальном /проектирование егьрганевых конструкций/ уровнях.
Уровень реализац и ,и,вн е д р е и и я научных разработок. Методика компоновки поперечных'сечений сяатнх стерякей и пакет прикладних программ для оптимального проектирования стальных стержневых конструкций могут быть внедрены в проектних организациях, а тагде используются в учебном процессе в КГТУСА.
Апробация работы. Основные положения и результаты выполнениях исследований докладывались на У Украинской научно-технической конференции по металлическим конструкциям /г.Киев, 1292 г./, на 52, 54 и 55 научно-практических конференциях КГТУСА /г.Киев, IS92-I995 г.г./.