Optimal Design of Smooth Shells both With and Without Taking into Account Initial Imperfections
This paper considers the application of the random search method for the optimal design of both axially-compressed smooth cylindrical ideal thin-walled shells and a shell with initial imperfections. In stating a mathematical programming problem, the objective function is the minimum weight of the sh...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Russian |
| Опубліковано: |
Journal of Mechanical Engineering
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/199002 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Journal of Mechanical Engineering |
Репозитарії
Journal of Mechanical Engineering| id |
journalsuranuajme-article-199002 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Journal of Mechanical Engineering |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| topic |
thin-walled cylindrical shell initial imperfections optimal design random search UDC 624.074.4 681.3 тонкостінна циліндрична оболонка початкові недосконалості оптимальне проектування випадковий пошук УДК 624.074.4 681.3 тонкостенная цилиндрическая оболочка начальные несовершенства оптимальное проектирование случайный поиск УДК 624.074.4 681.3 |
| spellingShingle |
thin-walled cylindrical shell initial imperfections optimal design random search UDC 624.074.4 681.3 тонкостінна циліндрична оболонка початкові недосконалості оптимальне проектування випадковий пошук УДК 624.074.4 681.3 тонкостенная цилиндрическая оболочка начальные несовершенства оптимальное проектирование случайный поиск УДК 624.074.4 681.3 Filatov, Heorhii V. Optimal Design of Smooth Shells both With and Without Taking into Account Initial Imperfections |
| topic_facet |
thin-walled cylindrical shell initial imperfections optimal design random search UDC 624.074.4 681.3 тонкостінна циліндрична оболонка початкові недосконалості оптимальне проектування випадковий пошук УДК 624.074.4 681.3 тонкостенная цилиндрическая оболочка начальные несовершенства оптимальное проектирование случайный поиск УДК 624.074.4 681.3 |
| format |
Article |
| author |
Filatov, Heorhii V. |
| author_facet |
Filatov, Heorhii V. |
| author_sort |
Filatov, Heorhii V. |
| title |
Optimal Design of Smooth Shells both With and Without Taking into Account Initial Imperfections |
| title_short |
Optimal Design of Smooth Shells both With and Without Taking into Account Initial Imperfections |
| title_full |
Optimal Design of Smooth Shells both With and Without Taking into Account Initial Imperfections |
| title_fullStr |
Optimal Design of Smooth Shells both With and Without Taking into Account Initial Imperfections |
| title_full_unstemmed |
Optimal Design of Smooth Shells both With and Without Taking into Account Initial Imperfections |
| title_sort |
optimal design of smooth shells both with and without taking into account initial imperfections |
| title_alt |
Оптимальное проектирование гладких оболочек без учета и с учетом начальных несовершенств Оптимальне проектування гладких оболонок без урахування та з урахуванням початкових недосконалостей |
| description |
This paper considers the application of the random search method for the optimal design of both axially-compressed smooth cylindrical ideal thin-walled shells and a shell with initial imperfections. In stating a mathematical programming problem, the objective function is the minimum weight of the shell. As constraints imposed on the region of permissible solutions, the following constraints are adopted: on the critical load of local buckling, on the critical load of buckling of the shell axis; strength condition, and condition for constraining the dimensions of a shell (radius and wall thickness of a shell). With the optimal design of a shell with initial imperfections, the statement of the mathematical programming problem remains the same as for an ideal shell, with only local buckling constraint changing. The aim of this paper is both to study the zone of influence of the optimum shell weight on the value of compressive force and to determine the range of the external compressive loads at which the general and local buckling shell constraints are decisive. A numerical experiment was carried out. Dependences of the weight, wall thickness, radius of the middle surface, and the ratio of the middle surface radius to the wall thickness on the magnitude of the compressive load both for an ideal shell and a shell with initial imperfections were investigated. As a result of the numerical experiment, it was established that the presence of initial imperfections in an axially-compressed smooth cylindrical shell leads to an increase in its weight compared to that of an ideal shell. The weight does not increase over the entire range of compressive loads, but only with the loads at which both local and general buckling constraints are decisive. If the optimal solution pertains to the strength constraint, which is typical for large compressive loads, there is no influence of initial imperfections on the optimal design. The weight of an ideal shell and that of a shell with initial imperfections in the optimal design turn out to be the same. |
| publisher |
Journal of Mechanical Engineering |
| publishDate |
2020 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/199002 |
| work_keys_str_mv |
AT filatovheorhiiv optimaldesignofsmoothshellsbothwithandwithouttakingintoaccountinitialimperfections AT filatovheorhiiv optimalʹnoeproektirovaniegladkihoboločekbezučetaisučetomnačalʹnyhnesoveršenstv AT filatovheorhiiv optimalʹneproektuvannâgladkihobolonokbezurahuvannâtazurahuvannâmpočatkovihnedoskonalostej |
| first_indexed |
2024-06-01T14:44:22Z |
| last_indexed |
2024-06-01T14:44:22Z |
| _version_ |
1800670347251417088 |
| spelling |
journalsuranuajme-article-1990022020-03-26T11:25:48Z Optimal Design of Smooth Shells both With and Without Taking into Account Initial Imperfections Оптимальное проектирование гладких оболочек без учета и с учетом начальных несовершенств Оптимальне проектування гладких оболонок без урахування та з урахуванням початкових недосконалостей Filatov, Heorhii V. thin-walled cylindrical shell initial imperfections optimal design random search UDC 624.074.4 681.3 тонкостінна циліндрична оболонка початкові недосконалості оптимальне проектування випадковий пошук УДК 624.074.4 681.3 тонкостенная цилиндрическая оболочка начальные несовершенства оптимальное проектирование случайный поиск УДК 624.074.4 681.3 This paper considers the application of the random search method for the optimal design of both axially-compressed smooth cylindrical ideal thin-walled shells and a shell with initial imperfections. In stating a mathematical programming problem, the objective function is the minimum weight of the shell. As constraints imposed on the region of permissible solutions, the following constraints are adopted: on the critical load of local buckling, on the critical load of buckling of the shell axis; strength condition, and condition for constraining the dimensions of a shell (radius and wall thickness of a shell). With the optimal design of a shell with initial imperfections, the statement of the mathematical programming problem remains the same as for an ideal shell, with only local buckling constraint changing. The aim of this paper is both to study the zone of influence of the optimum shell weight on the value of compressive force and to determine the range of the external compressive loads at which the general and local buckling shell constraints are decisive. A numerical experiment was carried out. Dependences of the weight, wall thickness, radius of the middle surface, and the ratio of the middle surface radius to the wall thickness on the magnitude of the compressive load both for an ideal shell and a shell with initial imperfections were investigated. As a result of the numerical experiment, it was established that the presence of initial imperfections in an axially-compressed smooth cylindrical shell leads to an increase in its weight compared to that of an ideal shell. The weight does not increase over the entire range of compressive loads, but only with the loads at which both local and general buckling constraints are decisive. If the optimal solution pertains to the strength constraint, which is typical for large compressive loads, there is no influence of initial imperfections on the optimal design. The weight of an ideal shell and that of a shell with initial imperfections in the optimal design turn out to be the same. В статье рассматривается применение метода случайного поиска для оптимального проектирования сжатых в осевом направлении гладких цилиндрических идеальных тонкостенных оболочек и оболочек с начальными несовершенствами. При постановке задачи математического программирования в качестве целевой функции рассматривается минимальный вес оболочки. В качестве ограничений, накладываемых на область допускаемых решений, принимаются ограничения: по критической нагрузке местной потери устойчивости, по критической нагрузке потери устойчивости оси оболочки; условие прочности и условие по ограничению габаритов оболочки (радиуса и толщины стенки оболочки). При оптимальном проектировании оболочки с начальными несовершенствами постановка задачи математического программирования остается такой же, как и для идеальной оболочки, меняется только ограничение по местной потери устойчивости. Целью настоящей работы является исследование зоны влияния оптимального веса оболочек на величину сжимающей силы и определение диапазона внешних сжимающих нагрузок, при которых определяющими являются ограничения по общей и местной потере устойчивости оболочки. Проведен численный эксперимент. Исследовались зависимости веса, толщины стенки, радиуса срединной поверхности и отношения радиуса срединной поверхности к толщине стенки от величины сжимающей нагрузки для идеальной оболочки и оболочки с начальными несовершенствами. В результате проведенного численного эксперимента установлено, что наличие начальных несовершенств у гладкой цилиндрической оболочки, сжатой в осевом направлении, приводит к увеличению ее веса по сравнению с идеальной оболочкой. Увеличение веса происходит не на всем диапазоне сжимающих нагрузок, а только при нагрузках, когда определяющими являются ограничения по местной и общей потере устойчивости. Если оптимальное решение принадлежит ограничению по прочности, что характерно для больших сжимающих нагрузок, влияния начальных несовершенств на оптимальный проект не наблюдается. Вес идеальной оболочки и оболочки с начальными несовершенствами в оптимальном проекте оказывается одинаковым. У статті розглядається застосування методу випадкового пошуку до оптимального проектування стиснутих в осьовому напрямку гладких циліндричних ідеальних тонкостінних оболонок і оболонок з початковими недосконалостями. При постановці задачі математичного програмування як цільова функція розглядається мінімальна вага оболонки. Як обмеження, що накладаються на зону допустимих розв’язків, приймаються обмеження: з критичного навантаження місцевої втрати стійкості, з критичного навантаження втрати стійкості осі оболонки; умова міцності і умова щодо обмеження габаритів оболонки (радіуса і товщини стінки оболонки). При оптимальному проектуванні оболонки з початковими недосконалостями постановка задачі математичного програмування залишається такою ж, як і для ідеальної оболонки, змінюється тільки обмеження з місцевої втрати стійкості. Метою цієї роботи є дослідження зони впливу оптимальної ваги оболонок на величину стискальної сили і визначення діапазону зовнішніх стискальних навантажень, за яких визначальними є обмеження з загальної та місцевої втрати стійкості оболонки. Проведено числовий експеримент. Досліджувалися залежності ваги, товщини стінки, радіуса серединної поверхні і відношення радіуса серединної поверхні до товщини стінки від величини стискального навантаження для ідеальної оболонки і оболонки з початковими недосконалостями. В результаті проведеного числового експерименту встановлено, що наявність початкових недосконалостей у гладкої циліндричної оболонки, стиснутої в осьовому напрямку, призводить до збільшення її ваги у порівнянні з ідеальною оболонкою. Збільшення ваги відбувається не на всьому діапазоні стискальних навантажень, а тільки при навантаженнях, коли визначальними є обмеження з місцевої та загальної втрати стійкості. Якщо оптимальний розв’язок належить обмеженню з міцності, що характерно для великих стискальних навантажень, впливу початкових недосконалостей на оптимальний проект не спостерігається. Вага ідеальної оболонки і оболонки з початковими недосконалостями в оптимальному проекті виявляється однаковою. Journal of Mechanical Engineering Проблемы машиностроения Проблеми машинобудування 2020-03-21 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/199002 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 23 No. 1 (2020); 58-64 Проблемы машиностроения; Том 23 № 1 (2020); 58-64 Проблеми машинобудування; Том 23 № 1 (2020); 58-64 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/199002/199180 https://journals.uran.ua/jme/article/view/199002/199181 Copyright (c) 2020 Heorhii V. Filatov https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |