Введение к работе
Актуальность темы диссертации. При проектировании строительных конструкций перед инженером ставится задача соблюдения таких требований, как прочность, жесткость, устойчивость, экономичность, технологичность, продолжительность сроков проектирования и строительства и др. Все эти требования имеют весьма противоречивый характер, поэтому оптимизация проекта является главной целью каждого инженера, который стремится создать отдельный элемент, конструкцию или сооружение, удовлетворяющие определенным критериям. Проблемы оптимального проектирования давно привлекают большое внимание, им посвящено значительное число работ, опубликованных в последние десятилетия.
Проблемы оптимального проектирования имеют как практическое, так и теоретическое значение. Представляет интерес выделение и исследование новых классов математических задач в этой области, учет различных физических факторов, разработка эффективных методов оптимизации, существенно использующих специфику рассматриваемых задач. Функционирование системы, взаимодействующей с внешней средой, предполагает, что все ее элементы выполняют определенные, согласованные друг с другом функции. Функциональное назначение элементов системы предопределяет и их различие, т.е. система при анализе расчленяется на части не только по материальному признаку, но и по функциональному. Именно поэтому крайне важна приоритетность требований к элементам и структуре системы.
Требования прочности, жесткости и устойчивости при проектировании сооружений являются приоритетными, но как организовать наилучшим образом структуру системы, т.е. как изменять геометрию и физические параметры, получая при этом наивысшую сопротивляемость. Каков критерий отбора проектов рациональных несущих конструкций? Может ли внешне нелепая конструкция быть рациональной? Гармония, симметрия, ритм, пропорциональность, соразмерность, слаженность – такие термины употребляются для характеристики систем, которые наилучшим образом сопротивляются внешним воздействиям. Необходимые условия возникновения таких систем развиваются в процессе самоорганизации.
На основании вышеизложенного можно утверждать, что разработка общих принципов и методов определения рациональных, гармоничных систем, обладающих наивысшей сопротивляемостью внешним воздействиям, является актуальной задачей.
Цель исследования состоит в совершенствовании методов проектирования рациональных структур стержней и изгибаемых тонких пластин на основе теории адаптивной эволюции механических систем.
Задачи работы:
разработка варианта адаптационного метода определения энергетически равнопрочных систем, позволяющего решать конструктивно нелинейные задачи;
разработка алгоритма изменения нормируемой плотности энергии деформаций эн в процессе адаптационного расчета;
исследование сходимости итерационного процесса адаптивной эволюции;
разработка алгоритма адаптационного шагового метода определения рациональной структуры стержней и изгибаемых тонких пластин при варьировании локальных геометрических параметров структуры системы;
разработка алгоритма определения гармонических структур стержней и тонких пластин при варьировании глобальных и локальных геометрических параметров структуры;
исследование влияния изменений начальной формы на финальные структуры изгибаемых тонких пластин;
разработка алгоритмов и программ, реализующих теоретический материал диссертации.
Научная новизна. Основные научные результаты диссертационной работы состоят в следующем:
-
-
Разработана методика определения рациональных структур стержней и изгибаемых тонких пластин при варьировании геометрических параметров структуры системы.
-
Разработан вариант адаптационного метода при варьировании глобальных и локальных геометрических параметров для решения задач по определению гармонических изоэнергетических систем, геометрические и физические (отношения двух смежных частот собственный колебаний) параметры итоговых структур которых содержат числа спектра золотой пропорции.
-
Разработан алгоритм изменения нормируемой плотности энергии деформаций эн в процессе адаптационного расчета, позволяющий ограничивать максимальные значения компонент НДС в итоговых структурах эволюционирующих систем.
-
При определении изоэнергетических структур методами ТАЭМС обнаружены основные эффекты, присущие процессу эволюции структуры самоорганизующейся системы.
-
Для реализации теоретических положений диссертационной работы создан программный конечно-элементный комплекс «Orion», разработанный на основе концепций объектно-ориентированного программирования в среде Borland Delphi 7.
Практическая ценность состоит в том, что разработанные в данной диссертационной работе методики решения адаптационных задач позволяют получать рациональные, гармонические структуры несущих конструкций (стержней и плит) при решении прикладных задач. Теоретический материал использован при создании программного комплекса «Orion», который применяется в учебном процессе, при выполнении дипломных и научно-исследовательских работ студентами РГСУ и может быть использован для расчета и проектирования строительных конструкций.
На защиту выносится новый подход к решению задач оптимального проектирования стержней и изгибаемых тонких пластин при варьировании геометрических параметров структуры системы. Также на защиту выносятся разработанные адаптационные алгоритмы и программа.
Достоверность научных положений и полученных численных результатов подтверждается применением фундаментальных принципов и методов строительной механики и математики, решением контрольных примеров.
Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на ежегодных международных научно-практических конференциях Ростовского государственного строительного университета (2004 – 2008 гг.); на V Всероссийском семинаре “Проблемы оптимального проектирования сооружений” в Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете (2005 г.); на XV и XVI Российско-Словацко-Польских семинарах «Теоретические основы строительства» (2006 г, 2007 г.); на международной научно-технической конференции «Вычислительная механика деформируемого твердого тела» в Московском государственном университете путей сообщения (2006 г.); на симпозиуме «Актуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений» в Нижегородской государственной архитектурно-строительной академии (2007 г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 13 печатных работах [1-13], в том числе в 2 статьях в журнале, входящем в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук.
Диссертационная работа выполнялась по программе научно-исследовательской работы Южно-Российского отделения Российской Академии Архитектуры и Строительных Наук: договора №3/06, №4/07 «Структурная гармония элементов несущих систем строительных конструкций», договор №4/08 «Теория эволюции жизненного цикла несущих конструкций строительных конструкций».
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 117 наименований, и четырех приложений. Диссертация изложена на 220 страницах, включая 178 рисунков и 51 таблицу. Нумерация формул, таблиц и рисунков ведется отдельно по каждой главе и приложению. Нумерация литературных источников сквозная по всей работе.
Похожие диссертации на Определение рациональных структур гармонических стержней и пластин методами адаптивной эволюции
-
