Multicriteria parametric optimization of the stability of the minimum surface shell on a trapezoidal contour taking into account geometric nonlinearity under thermo-stress loading
Keywords:
shell stability, multi-criteria parametric optimization, minimal surface shell, shell stability calculation, geometric nonlinearity, nonlinearity, MCE, force loads, static loads, finite element methodAbstract
The approach to optimal design may vary depending on the types of optimization used. In this task, there is shape optimization (morphological optimization) and parametric optimization of the minimum surface shell. The selection of materials for studying the parametric optimization of minimum surface shells may not be limited to steel; other metals may also be used. The main thing is that the materials must be isotropic, i.e., have the same calculated resistance in all directions.
Verification of optimization calculation results is performed in accordance with Ukrainian building codes. After completing the optimization calculation, it is possible to superimpose the results on the thickness of the minimum surface shell on a trapezoidal contour in the Femap with Nastran calculation complex, and then perform all strength checks (calculation of statics, stability, displacement, etc.). When all verification calculations have been performed, the design engineer independently adjusts the thickness of the minimum surface shell using the initial data from the optimization calculation and designs the final thickness of the spatial structure.
Research into multi-criteria parametric optimization of stability and weight, taking into account geometric nonlinearity, is carried out using the Femap with Nastran software package. This is achieved through iterative loading and proprietary software. Finite elements: 912 plates. Nodes: 975. Connection to the ground disc – rigid clamping. Material: C275 steel.
The change in stresses according to Mises occurred from the initial 99.9 MPa to 151.1 MPa, shown in Fig. 1.12, which does not exceed the ultimate strength of steel, which is 240 MPa. The initial thickness was 60 mm, after studying multi-criteria parametric optimization, it ranges from 10 mm to 68 mm, as shown in Fig. 1.13, depending on the load zone.
Fig. 1.14 shows a graph of the objective functions of the stability coefficient λ and the weight of the minimum surface shell on a trapezoidal contour. The weight of the minimum surface shell decreased by 21.55% from the initial value. The stability loss coefficient decreased by 2.46 times, which is a fairly effective result.
References
Герасимов Е.Н., Почтман Ю.М., Скалозуб В.В. Многокритериальная оптимизация конструкций. Донецк: Вища шк. Главное Изд-во. Киев, 1985. 134 с.
Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация. М.: Мир, 1985. 509 с.
Ігнатишин М.І. Механіко-математичне моделювання елементів мостових конструкцій (опора, балка, плита): монографія. Мукачево: РВВ МДУ, 2017. 172 с.
Іванченко Г.М., Кошевий О.О., Кошевий О.П. Чисельна реалізація багатокритеріальної параметричної оптимізації оболонки мінімальної поверхні на квадратному контурі при термосиловому навантаженні. Опір матеріалів і теорія споруд. 2022. Вип. 109. С. 50-65. DOI: 10.32347/2410-2547.2022.109.50-65
Іванченко Г.М., Кошевий О.О., Кошевий О.П., Григор’єва Л.О. Чисельне дослідження параметричної оптимізації вимушених частот коливання оболонки мінімальної поверхні на трапецевидному контурі при термосиловому навантаженні. Опір матеріалів і теорія споруд. 2023. Вип. 110. С. 430-446. DOI: 10.32347/2410-2547.2023.110.430-446
Іванченко Г.М., Кошевий О.О., Жупаненко І.В. Оптимальне проектування вимушених частот коливання оболонки мінімальної поверхні на круглому контурі, яка складається із двох похилих еліпсів при термосиловому навантаженні. Шляхи підвищення ефективності будівництва в умовах формування ринкових відносин. 2023. № 51. С. 218-233. https://doi.org/10.32347/2707-501x.2023.51(1).218-233
Yurchenko V.V., Peleshko I.D. Searching for a compromise solution in crosssection size optimization problems of cold-formed steel structural members. Опір матеріалів і теорія споруд. 2022. Вип. 109. С. 72-92. DOI: 10.32347/2410-2547.2022.109.72-92
Іванченко Г., Кошевий О. Чисельне дослідження стійкості оболонки мінімальної поверхні на круглому плані з урахуванням геометричної нелінійності при термосиловому навантаженні. Шляхи підвищення ефективності будівництва, 2024, 53(1), 39–48. https://doi.org/10.32347/2707-501x.2024.53(1).39-48.
Кошевий О.О. Чисельне дослідження стійкості оболонки мінімальної поверхні на квадратному контурі при термосиловому навантаженні з урахуванням геометричної нелінійності. Прикладна геометрія і інженерна графіка. 2024. №106. С. 133-147. DOI: https://doi.org/10.32347/0131-579X.2024.106.133-147
Іванченко Г.М., Кошевий О.О., Затилюк Г.А. Багатокритеріальна параметрична оптимізація переміщення і ваги оболонки мінімальної поверхні на круглому контурі, що складається із двох похилих еліпсів при термосиловому навантаженні з урахуванням геометричної нелінійності. Опір матеріалів і теорія споруд. 2024. Вип. 112. С. 209-221. DOI: 10.32347/2410-2547.2024.112.209-221
Yurchenko V.V., Peleshko I.D. Parametric optimization of steel lattice portal frame with chs structural members. Опір матеріалів і теорія споруд. 2021. Вип. 107. С. 45-74. DOI: 10.32347/2410-2547.2021.107.45-74
Perelmuter A.V., Yurchenko V.V., Peleshko I.D. optimization of cross-sectional dimensions for coldformed steel lipped channel columns. Опір матеріалів і теорія споруд. 2022. Вип. 108. С. 156-170. DOI: 10.32347/2410-2547.2022.108.156-170
Yurchenko V.V., Peleshko I.D. Parametric optimization of steel structures based on gradient projection method. Опір матеріалів і теорія споруд. 2020. Вип. 105. С. 192-220. DOI: 10.32347/2410-2547.2020.105.192-220
