ISSN 2541-7592

НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Русский 
English 
    
 


Правила написания
и оформления статей

Правила
рецензирования

Памятка рецензента


Публикационная
этика 








Нашли ошибку на сайте?

Сообщите нам:   







 

Архив выпусков

Выпуск 4 (60), 2020


Численные исследования влияния параметров тонкостенных купольных оболочек при их оптимизации


Гриднев С. Ю., Сотникова О. А., Прокшиц Е. Е.


Гриднев С. Ю., д-р техн. наук, проф. кафедры строительной механики, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, тел.: +7(910)346-60-19, e-mail: gridnev_s_y@rambler.ru

Сотникова О. А., д-р техн. наук, проф. кафедры проектирования зданий и сооружений им. Н.В. Троицкого, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, тел.: +7(910)244-55-99, e-mail: hundred@vgasu.vrn.ru

Прокшиц Е. Е., ст. преп. кафедры проектирования зданий и сооружений им. Н.В. Троицкого, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, тел.: +7(919)238-78-74, e-mail: e.prokshits@mail.ru

 
 
Постановка задачи. Необходимо оценить влияние параметров тонкостенных купольных покрытий с использованием возможностей современных программных комплексов. Также требуется усовершенствовать методику оптимизации конструкций купольного покрытия с выбором критериев и параметров задачи. 
Результаты. Приведены результаты уточнения и апробации методики решения задачи оптимизации купольных конструкций с выбором критерия и параметров задачи оптимизации с использованием возможностей модуля «Топологическая оптимизация» конечно-элементного вычислительного комплекса MidasCivil. Целевую функцию считали зависимой от толщины купола, модуля упругости коэффициента Пуассона материала. Использованы положения теории упругости, механики деформирования твердого тела, строительной механики, а также методы математического моделирования, основанные на применении метода конечных элементов с использованием современных лицензированных конечно-элементных вычислительных комплексов MidasCivil и системы сквозного архитектурно-строительного проектирования Ing+ расчетного модуля MicroFe. 
Выводы. Использование методов оптимального (в частности, геометрического) проектирования выявляет наиболее влияющие параметры тонкостенных купольных покрытий и их комбинации. Это позволит создавать рациональные, экономичные и архитектурно-выразительные купольные конструкции, а также принимать обоснованные проектные решения.
 
Ключевые слова: купольные покрытия, конечно-элементная модель, пространственная устойчивость, оптимизации конструкции, критерии и параметры задачи оптимизации.


DOI: 10.36622/VSTU.2020.60.4.001

 

Библиографический список


1. Бурнышева, Т. В. Параметрическая оптимизация анизогридных оболочек нерегулярной структуры / Т. В. Бурнышева, О. А. Штейнбрехер // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2019. – №8 (92). – 5 с.
2. Бурнышева, Т. В. Методика проектировочного расчета сетчатых оболочечных конструкций из композиционных материалов при статическом нагружении / Т. В. Бурнышева // Научно-технический вестник Поволжья. – 2011. – №3. – С. 97-100.
3. Ковеня, А. С. Применение функциональных возможностей конечно-элементных программных комплексов для моделирования и расчета сетчатых оболочек / А. С. Ковеня, С. М. Босяков // Вестник Гомельского Государственного Технического Университета им. П. О.Сухого. – 2007. – №1. – C. 1-7.
4. Коршунов, В. А. Современная методология оптимизации силовых схем конструкций / В. А. Коршунов, Д. А. Пономарев, А. А. Родионов // Труды Крыловского государственного научного центра. – 2020. – № 1. – С. 79-87.
5. Кузнецова, С. В. Оптимизация ортотропных стеклопластиковых оболочек, подкрепленных поперечными ребрами / С. В. Кузнецова, Т. Е. Ванькова // Вестник БГТУ имени В. Г. Шухова. – 2017. – № 12. – С. 67-73.
6. Кривошапко, С. Н. Аналитические поверхности в архитектуре зданий, конструкций и изделий // РУДН. – 2013. – 94 с.
7. Миряев, Б. В. Оптимизированная строительная конструкция сетчатого деревянного купола / Б. В. Миряев, А. Б. Миряева // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. –2015– № 2 (147). – С. 53-55.
8. Морозова, Н. Е., Алгоритм топологической оптимизации мембранных конструкций / Н. Е. Морозова, С. Х. Аль-Згуль // МНИЖ. – 2017. – № 5-3 (59). – С. 75-79.
9. Мустакимов, В. Р. Исследование напряженно-деформированного состояния купольно-конических конструкций Казанского государственного цирка / В. Р. Мутсакимов, С. Н. Якунов // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. – 2018. – № 3. – C. 226-232.
10. Полежаев, Ю. О. Моделирование контуров купольных покрытий / Ю. О.Полежаев, Н. А. Иванов, И. Ю. Прокопчук // Научный вестник НЛТУ Украины. – 2013. – № 23.18. – C. 356-361.
11. Пульпинский, Я. С. Математическое моделирование оболочек вращения сложных форм: Автореф. дис. канд. техн. наук. / Пульпинский Яков Семенович // – Пенза. – 2006. – 20 с.
12. Родионов, А. А. Математические методы проектирования оптимальных конструкций судового корпуса / А. А. Родионов // Ленинград: Судостроение. – 1990. – C. 248.
13. Соловьев, А. К. Современная культовая архитектура и актуальные проблемы церковного искусства// А. К. Соловьев, К. А. Соловьев / AMIT. –2017. – №1 (38). – С. 225-242.
14. Хог, Э. Д. Прикладное оптимальное проектирование: Механические системы и конструкции / Э. Хог, Я. Арора // Мир. –1983. – 479 с.
15. Штейнбрехер, О. А. Решение задачи параметрической оптимизации сетчатой цилиндрической конструкции / О. А. Штейнбрехер, Т. В. Бурнышева // Инженерный журнал: наука и инновации. –2017. – № 10. – C. 2.
16. Blaauwendraad, J. Donnell Bending Theory for Shallow Shells / J. Blaauwendraad, J.H. Hoefakker // Structural Shell Analysis. – 2013. – Vol. 200. – Р. 73-82.
17. Gomez, M. The shallow shell approach to Pogorelov's problem and the breakdown of ‘mirror buckling’ / M. Gomez, D. E. Moulton // The Royal Society. – 2016. – Vol. 472. – Р. 1-24.
18. Gridnev, S. Optimization of thin-shell structure covers from position of their space stability / S. Gridnev, O. Sotnikova, L. Salogub, V. // Advances in Intelligent Systems and Computing. – 2012. – 1259 AISC. –Р.708-720.
19. Havran, J. Stability Analysis of a Shallow Shell / J. Havran, М. Psotny // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 190. – Р. 148-153.
20. Havran, J. Snap-Through of the Very Shallow Shell with Initial Imperfection / J. Havran, М. Psotný // Transactions of the VŠB – Technical University of Ostrava, Civil Engineering Series. – 2016. –Vol 16. – Р. 43-48.
21. Tovstik, P. E. Equations of equilibrium for a strongly heterogeneous shallow shell / P. E. Tovstik, T. P. Tovstik // Doklady Physics. – 2017. – Vol. 62. – Р. 522-526.

 
 

Ссылка для цитирования

Гриднев, С. Ю. Численные исследования влияния параметров тонкостенных купольных оболочек при их оптимизации / С. Ю. Гриднев, О. А. Сотникова, Е. Е. Прокшиц  // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2020. - № 4 (60). - С. 11-21. - DOI: 10.36622/VSTU.2020.60.4.001.

 
 
 
 

English version 

 

Numerical Studies of Influence of Parameters of Thin-Shell Dome Structure on Their Optimization from Position of Spatial Stabilit

Gridnev S. Yu., Sotnikova О. А., Prokshits Е. Е.
 
 

Gridnev S. Yu., D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Structural Mechanics, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, tel.: +7(910)346-60-19, e-mail: gridnev_s_y@rambler.ru

Sotnikova О. А., D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Design of Buildings and Structures Named after N. V. Troitsky, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, tel.: +7(910)244-55-99, e-mail: hundred@vgasu.vrn.ru

Prokshits Е. Е., Senior lecturer of the Dept. of Design of Buildings and Structures Named after N. V. Troitsky, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, tel.: +7(919)238-78-74, e-mail: e.prokshits@mail.ru


Statement of the problem. The task was to evaluate the influence of the parameters of thin-walled dome coatings using the capabilities of modern software complexes. The method of optimization of dome covering structures with selection of criteria and parameters of the task has been improved. 
Results. The article presents the results of refinement and testing of the methodology for addressing the problem of optimizing dome structures with the choice of criteria and parameters of the optimization problem using the capabilities of the Topological Optimization module of the finite-element computational complex MidasCivil. The objective function was considered dependent on the thickness of the dome, the modulus of elasticity of the Poisson coefficient of the material. The study employs the positions of the theory of elasticity, solid body deformation mechanics, construction mechanics, as well as mathematical modeling methods based on the use of the finite element method employing modern licensed finite-element computing complexes MidasCivil and the Ing + architectural and construction design system of the calculation module MicroFe. 
Conclusions. Using the methods of optimal (in particular, geometric) design, the most affecting parameters of thin-walled dome coatings and their combinations were identified. This will allow one to design the most rational, economical and architectural-expressive dome structures as well as to make sound design decisions. 
 
 
Keywords: dome coverings, finite element model, topological optimization, spatial stability, design optimizations, criteria and parameters of optimization problem. 


DOI: 10.36622/VSTU.2020.60.4.001

References

1. Burnysheva, T. V. Parametricheskaya optimizaciya anizogridnyh obolochek neregulyarnoj struktury / T. V. Burnysheva, O. A. SHtejnbrekher // Inzhenernyj zhurnal: nauka i innovacii, – 2019. – №8 (92). – 5 s. 
2. Burnysheva, T. V. Metodika proektirovochnogo rascheta setchatyh obolochechnyh konstrukcij iz kompozicionnyh materialov pri staticheskom nagruzhenii / T. V. Burnysheva// Nauchno-tekhnicheskij vestnik Povolzh'ya, – 2011. – №3. – S. 97-100. 
3. Kovenya, A. S. Primenenie funkcional'nyh vozmozhnostej konechno-elementnyh programmnyh kompleksov dlya modelirovaniya i rascheta setchatyh obolochek / A. S. Kovenya, S. M. Bosyakov // Vestnik Gomel'skogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta im. P.O.Suhogo. – 2007. - №1. – C. 1-7. 
4. Korshunov, V. A, Sovremennaya metodologiya optimizacii silovyh skhem konstrukcij / V. A. Korshunov, D. A. Ponomarev, A. A. Rodionov // Trudy Krylovskogo gosudarstvennogo nauchnogo centra. – 2020. – №Specvypusk 1. – S. 79-87. 
5. Kuznecova, S. V. Optimizaciya ortotropnyh stekloplastikovyh obolochek, podkreplennyh poperechnymi rebrami / S. V. Kuznecova, T. E. Van'kova // Vestnik BGTU imeni V.G. SHuhova. – 2017. – №12. – S. 67-73. 
6. Krivoshapko, S. N. Analiticheskie poverhnosti v arhitekture zdanij, konstrukcij i izdelij // RUDN. – 2013. – 94 s. 
7. Miryaev, B. V. Optimizirovannaya stroitel'naya konstrukciya setchatogo derevyannogo kupola / B. V. Miryaev, A. B. Miryaeva // Uchenye zapiski Petrozavodskogo gosudarstvennogo universiteta, –2015– №2 (147). – S. 53-55. 
8. Morozova, N. E. Algoritm topologicheskoj optimizacii membrannyh konstrukcij / N. E. Morozova, S. H. Al'-Zgul' // MNIZH. – 2017. – №5-3 (59). – S. 75-79. 
9. Mustakimov, V. R. Issledovanie napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya kupol'no-konicheskih konstrukcij Kazanskogo gosudarstvennogo cirka / V. R. Mutsakimov, S. N. YAkunov // Stroitel'naya mekhanika inzhenernyh konstrukcij i sooruzhenij. – 2018. – №3. – C. 226-232. 
10. Polezhaev, YU. O. Modelirovanie konturov kupol'nyh pokrytij / YU. O.Polezhaev, N. A. Ivanov, I. YU. Prokopchuk // Nauchnyj vestnik NLTU Ukrainy, – 2013. – №23.18. – C. 356-361. 
11. Pul'pinskij, YA. S. Matematicheskoe modelirovanie obolochek vrashcheniya slozhnyh form: Avtoref. dis. kand. tekhn. nauk. / Pul'pinskij YAkov Semenovich // – Penza, – 2006. – 20 s. 
12. Rodionov, A. A. Matematicheskie metody proektirovaniya optimal'nyh konstrukcij sudovogo korpusa // Leningrad: Sudostroenie, – 1990. – C. 248. 
13. Solov'ev, A. K. Sovremennaya kul'tovaya arhitektura i aktual'nye problemy cerkovnogo iskusstva // A. K. Solov'ev, K. A. Solov'ev/ AMIT, –2017. – 1(38). – S. 225-242. 
14. Hog, E. D. Prikladnoe optimal'noe proektirovanie: Mekhanicheskie sistemy i konstrukcii / E. Hog, YA. Arora // Mir, –1983. – 479 s. 
15. SHtejnbrekher, O. A. Reshenie zadachi parametricheskoj optimizacii setchatoj cilindricheskoj konstrukcii / O. A. SHtejnbrekher, T. V. Burnysheva // Inzhenernyj zhurnal: nauka i innovacii, –2017. – №10. –C. 2. 
16. Blaauwendraad, J. Donnell Bending Theory for Shallow Shells / J. Blaauwendraad, J. H. Hoefakker // Structural Shell Analysis, – 2013. – Vol. 200. – Р. 73-82. 
17. Gomez, M. The shallow shell approach to Pogorelov's problem and the breakdown of ‘mirror buckling’ / M. Gomez, D. E. Moulton // The Royal Society, – 2016. – Vol. 472. – Р. 1-24. 
18. Gridnev, S. Optimization of thin-shell structure covers from position of their space stability / S. Gridnev, O. Sotnikova, L. Salogub, V. // Advances in Intelligent Systems and Computing, – 2021. – 1259 AISC. – Р.708-720. 
19. Havran, J. Stability Analysis of a Shallow Shell / J. Havran, М. Psotny // Procedia Engineering, – 2017. – Vol. 190. – Р. 148-153. 
20. Havran, J. Snap-Through of the Very Shallow Shell with Initial Imperfection / J. Havran, М. Psotný // Transactions of the VŠB – Technical University of Ostrava, Civil Engineering Series, – 2016. –Vol 16. – Р. 43-48. 
21. Tovstik, P. E. Equations of equilibrium for a strongly heterogeneous shallow shell / P. E. Tovstik, T. P. Tovstik // Doklady Physics, – 2017. – Vol. 62. – Р. 522-526.



 
Контакты · Поиск · Карта сайта
Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура, все права защищены.
Работает на: Amiro CMS