Стаття присвячена вдосконаленню конструктивної металевої багатоярусної рами будівельних конструкцій.

Анотація наукової статті з будівництва та архітектури, автор наукової роботи - Коковіхін Іван Юрійович, Антипин Андрій Валерійович


Область наук:
  • Будівництво та архітектура
  • Рік видавництва: 2009
    Журнал: Академічний вісник УралНІІпроект РААБН

    Наукова стаття на тему 'Алгоритм статичного розрахунку металевої багатоярусної однопрогоновою рами як одне із завдань оптимізації методами еволюційного моделювання'

    Текст наукової роботи на тему «Алгоритм статичного розрахунку металевої багатоярусної однопрогоновою рами як одне із завдань оптимізації методами еволюційного моделювання»

    ?УДК 624.92.921

    І.Ю. Коковіхін, А.В. Антипин

    Алгоритм статичного розрахунку металевої багатоярусної

    однопрогоновою рами какодна із завдань оптимізації методами еволюційного моделювання

    анотація

    Стаття присвячена вдосконаленню конструктивної металевої багатоярусної рами будівельних конструкцій.

    Коковіхін

    Іван

    Юрійович

    аспірант УГТУ-УПІ

    Антипин

    Андрій

    Валерійович

    аспірант УГТУ-УПІ

    Kokovhin I., Antipin A. Algorithm ofstatic calculation metal an one-flyingframe as one

    ofproblems of optimization by methods ofevolutionary modelling

    The article is devot to perfection constructive metal frames ofbuilding designs.

    Металеві багатоярусні однопрогонові рами є складовою частиною каркаса (основної несучої конструкції), яка сприймає і передає на фундамент все вертикальні і горизонтальні навантаження. Такі рами застосовуються в каркасах етажерок. Етажерки використовуються в цілому ряді виробництв нафтогазопереробної і хімічної промисловості. Ними обладнуються крекінг-установки, установки очищення масел, установки безперервного коксування, установки заводів синтетичного спирту і синтетичного каучуку. Практика проектування металевих рам показала, що економія металу і зниження вартості будівництва етажерок повинні йти по лінії використання граничної несучої здатності всіх елементів конструкції етажерки, використання полегшених профілів, застосування способу монтажу - великими просторовими блоками.

    На сучасному етапі розвитку науки і техніки проектування будівельних конструкцій ведеться із застосуванням «уточ-

    наних »розрахункових моделей, які дозволяють враховувати фізичну і геометричну нелінійність, процес навантаження, зведення,« пристосовності ».

    Будівництво є досить складним процесом з безліччю факторів, що впливають на кінцеві результати, і завдання оптимізації підсумкових показників непроста. Оптимізація як математичне рішення задачі можлива лише в окремих елементах будівельних систем. Одним з основних питань раціонального проектування є робота по вдосконаленню будівельних конструкцій, виробів, конструктивних систем і ін. Оптимізація містить в собі можливості отримання більш досконалих конструктивних форм будівельних конструкцій, ґрунтується на стохастичною підході. Цей підхід застосовується при наукових дослідженнях, результати і чисельна реалізація яких можуть бути використані потім в інженерній практиці.

    Найбільш поширеним критерієм оптимальності конструкції являє-

    ся їх вартість. Як правило, вартість є функцією ваги конструкції. Іншими факторами, що впливають на загальну вартість, є вартість обробки (наприклад, залежить від загальної площі поверхні сталевих конструкцій) і вартість з'єднань [1]. Функція мети в залежності від властивостей як всіх конструкцій в цілому, так і її окремих елементів, може бути представлена ​​у вигляді:

    F = f (РШ. Pj. Ps). (L)

    Де F - функція мети, рт - властивості матеріалу р - характеристики з'єднань ps - характеристики типу конструкцій У загальній формі завдання оптимізації виражається наступним чином:

    Мінімізувати F = f (pm, p., Ps),

    при обмеженнях g: > 0, g2 > 0.gn > 0, (2)

    де gp g2.gn - функції обмежень.

    Для металевої багатоярусної однопрогоновою рами, коли за функцію мети прийнятий тільки вага, а обмеження накладені на напруги і переміщення, враховуючи технологічні обмеження, завдання оптимізації можна сформулювати як:

    1

    Мінімізувати F = X PeLeAe n

    при обмеженнях {F} '<{F}<{F} "

    и1 < і < uu

    А1 < А < А ",

    де Ае, Le і ре - площа поперечного перерізу, довжина елемента і щільність матеріалу елемента е, відповідно. Вектори {F}, U і А містять значення зусиль, переміщень і площ відповідно. Індекси 1 і і відносяться до призначених нижнім і верхнім межам обмежень.

    Поставлена ​​задача оптимізації вирішується в постановці генетичного алгоритму як обраного для дослідження можливостей оптимізації багатоярусної однопрогоновою рами.

    Метою оптимізації є вдосконалення конструктивної форми металевої багатоярусної однопрогоновою рами і отримання її максимальної техніко-економічної ефективності при дотриманні умов реального проектування. Для досягнення цієї мети потрібно вирішити ряд завдань. Одна з них може бути сформульована як реалізація на основі методу скінченних елементів алгоритму статичного розрахунку рамних металоконструкцій.

    Незважаючи на те, що в даний час розроблено цілий рядуніверсальних програм (COSMOS, ANSYS, LIRA, STARK, STARDYNE, STAAD і ін.), Що застосовуються для аналізу напружено-деформованого стану об'єктів будівництва, заснованих на методі кінцевих елементів, питання автоматизованого статичного розрахунку рам не втратив своєї актуальності.

    По-перше, ще не вичерпані всі можливості раціонального побудови алгоритмів статичного розрахунку, що може дати істотне скорочення часу рахунку і розширення можливостей програм

    завдяки економічному та ефективному використанню пам'яті і вибору найменш трудомістких шляхів переработкіінформаціі [2].

    По-друге, важливим є створення підпрограм статичного розрахунку, зручних для використання в комплексних програмах (з більш широким призначенням) для дослідження поведінки систем рамного типу, а також автоматизованого оптимального проектування таких систем.

    При роботі під навантаженням конструкції можуть відчувати деформації, відмінні від нескінченно малих і змінюють первісну геометричну схему. Загальноприйнята ідеалізація механічних властивостей металевих конструкцій в межах істотних пружних деформацій, при яких не враховується фізична нелінійність. Нехтування геометричній нелинейностью полягає в розгляді тільки недеформованою схеми [3]. Проектування статично невизначених металоконструкцій згідно з діючими нормами [4] допускається виконувати за недеформованою схемою, проте облік геометричної нелінійності призводить до підвищення точності розрахунку напружено-деформованого стану (НДС). Статичний розрахунок рами з урахуванням геометричної нелінійності можна зробити за представленою нижче блок-схемі (рисунок 1).

    Малюнок! Блок-схема алгоритму статичного розрахунку рами з урахуванням геометричної нелінійності

    Підвищення точності розрахунку ПДВ можна досягти при обліку фізичної нелінійності. Для вирішення фізично нелінійної задачі розрахунку вузлів рами використаний метод змінних параметрів пружності (для промисловості і будівництва), який є одним з варіантів методу пружних рішень. В основі для промисловості і будівництва лежить уявлення рівнянь пластичності як рівнянь пружності, в яких параметри пружності змінні для різних точок тіла і залежать від його напружено-деформованого стану [6].

    Для спрощення розрахунків дійсну діаграму розтягування стали замінимо схематизованій [5, стор. 82], представленої набором прямих і кривих ліній за трьома характерних ділянках (малюнок 2). Численні розрахунки показують, що невеликі зміни діаграми дуже мало впливають на кінцеві результати. Сама «дійсна» діаграма досить умовна, так як навіть для однієї партії металу діаграми мають розкид за основними параметрами і, в першу чергу, за межею текучості. У зв'язку з цим зайва точність і скрупульозність у виборі розрахункової діаграми з практичної точки зору не виправдані. Виходячи з цих міркувань, у багатьох випадках доцільно використовувати в якості розрахункової ідеалізовану пружно-пластичну діаграму з лінійним зміцненням.

    висновок:

    Обрана діаграма, представлена ​​на малюнку

    2, є уніфікованою для різних класів стали, що зручно при її реалізації в практичних розрахунках, особливо при застосуванні методу скінченних елементів (МСЕ).

    Малюнок 2. Уніфікована діаграма розтягування стали

    Список використаної літератури

    1. Альохін В.Н. Оптимальне проектування сталевих багатоповерхових рам з урахуванням розвитку пластичних деформацій в вузлах: дис. на здобуття наукового ступеня канд. техн. наук. Свердловськ, 1981.

    2. Біргер І.А. Круглі пластинки і оболонки обертання. М., Оборонгиз, 1961.368 з.

    3. Металеві конструкції / За заг. ред. Є.І. Беленя. Вид. 5-еперераб. і доп. М., Стройиздат, 1976.600 з.

    4. СНиП 11-23-81 *. Сталеві конструкції. М., ЦІТП Держбуду СРСР, 1990.96 з.

    5. Трохимович В.В., Пермяков В.А. Оптимальне проектування металевих конструкцій. Київ, Будівельник, 1981.136 з.

    6. Camp C.V., Pezeshk S., Cao G. Design of Framed Structures Using a Genetic Algorithm.


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити