Optimum Design of Reinforced Cylindrical Shells Under Combined Axial Compression and Internal Pressure
This paper discusses the use of the random search method for the optimal design of single-layered rib-reinforced cylindrical shells under combined axial compression and internal pressure with account taken of the elastic-plastic material behavior. The optimality criterion is the minimum shell volume...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Russian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2021
|
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/235745 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Репозитарії
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-235745 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| format |
Article |
| author |
Filatov, Heorhii V. |
| spellingShingle |
Filatov, Heorhii V. Optimum Design of Reinforced Cylindrical Shells Under Combined Axial Compression and Internal Pressure |
| author_facet |
Filatov, Heorhii V. |
| author_sort |
Filatov, Heorhii V. |
| title |
Optimum Design of Reinforced Cylindrical Shells Under Combined Axial Compression and Internal Pressure |
| title_short |
Optimum Design of Reinforced Cylindrical Shells Under Combined Axial Compression and Internal Pressure |
| title_full |
Optimum Design of Reinforced Cylindrical Shells Under Combined Axial Compression and Internal Pressure |
| title_fullStr |
Optimum Design of Reinforced Cylindrical Shells Under Combined Axial Compression and Internal Pressure |
| title_full_unstemmed |
Optimum Design of Reinforced Cylindrical Shells Under Combined Axial Compression and Internal Pressure |
| title_sort |
optimum design of reinforced cylindrical shells under combined axial compression and internal pressure |
| title_alt |
Оптимальное проектирование подкрепленных цилиндрических оболочек при совместном осевом сжатии и внутреннем давлении Оптимальне проектування підкріплених циліндричних оболонок при спільному осьовому стисканні та внутрішньому тиску |
| description |
This paper discusses the use of the random search method for the optimal design of single-layered rib-reinforced cylindrical shells under combined axial compression and internal pressure with account taken of the elastic-plastic material behavior. The optimality criterion is the minimum shell volume. The search area for the optimal solution in the space of the parameters being optimized is limited by the strength and stability conditions of the shell. When assessing stability, the discrete rib arrangement is taken into account. In addition to the strength and stability conditions of the shell, the feasible space is subjected to the imposition of constraints on the geometric dimensions of the structural elements being optimized. The difficulty in formulating a mathematical programming problem is that the critical stresses arising in optimally-compressed rib-reinforced cylindrical shells are a function of not only the skin and reinforcement parameters, but also the number of half-waves in the circumferential and meridional directions that are formed due to buckling. In turn, the number of these half-waves depends on the variable shell parameters. Consequently, the search area becomes non-stationary, and when formulating a mathematical programming problem, it is necessary to provide for the need to minimize the critical stress function with respect to the integer wave formation parameters at each search procedure step. In this regard, a method is proposed for solving the problem of optimally designing rib-reinforced shells, using a random search algorithm whose learning is carried out not only depending on the objective function increment, but also on the increment of critical stresses at each extremum search step. The aim of this paper is to demonstrate a technique for optimizing this kind of shells, in which a special search-system learning algorithm is used, which consists in the fact that two problems of mathematical programming are simultaneously solved: that of minimizing the weight objective function and that of minimizing the critical stresses of shell buckling. The proposed technique is illustrated with a numerical example. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2021 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/235745 |
| work_keys_str_mv |
AT filatovheorhiiv optimumdesignofreinforcedcylindricalshellsundercombinedaxialcompressionandinternalpressure AT filatovheorhiiv optimalʹnoeproektirovaniepodkreplennyhcilindričeskihoboločekprisovmestnomosevomsžatiiivnutrennemdavlenii AT filatovheorhiiv optimalʹneproektuvannâpídkríplenihcilíndričnihobolonokprispílʹnomuosʹovomustiskannítavnutríšnʹomutisku |
| first_indexed |
2024-09-01T17:37:40Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:37:40Z |
| _version_ |
1809016171282825216 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2357452021-07-01T07:22:50Z Optimum Design of Reinforced Cylindrical Shells Under Combined Axial Compression and Internal Pressure Оптимальное проектирование подкрепленных цилиндрических оболочек при совместном осевом сжатии и внутреннем давлении Оптимальне проектування підкріплених циліндричних оболонок при спільному осьовому стисканні та внутрішньому тиску Filatov, Heorhii V. This paper discusses the use of the random search method for the optimal design of single-layered rib-reinforced cylindrical shells under combined axial compression and internal pressure with account taken of the elastic-plastic material behavior. The optimality criterion is the minimum shell volume. The search area for the optimal solution in the space of the parameters being optimized is limited by the strength and stability conditions of the shell. When assessing stability, the discrete rib arrangement is taken into account. In addition to the strength and stability conditions of the shell, the feasible space is subjected to the imposition of constraints on the geometric dimensions of the structural elements being optimized. The difficulty in formulating a mathematical programming problem is that the critical stresses arising in optimally-compressed rib-reinforced cylindrical shells are a function of not only the skin and reinforcement parameters, but also the number of half-waves in the circumferential and meridional directions that are formed due to buckling. In turn, the number of these half-waves depends on the variable shell parameters. Consequently, the search area becomes non-stationary, and when formulating a mathematical programming problem, it is necessary to provide for the need to minimize the critical stress function with respect to the integer wave formation parameters at each search procedure step. In this regard, a method is proposed for solving the problem of optimally designing rib-reinforced shells, using a random search algorithm whose learning is carried out not only depending on the objective function increment, but also on the increment of critical stresses at each extremum search step. The aim of this paper is to demonstrate a technique for optimizing this kind of shells, in which a special search-system learning algorithm is used, which consists in the fact that two problems of mathematical programming are simultaneously solved: that of minimizing the weight objective function and that of minimizing the critical stresses of shell buckling. The proposed technique is illustrated with a numerical example. В статье рассматривается применение метода случайного поиска для оптимального проектирования однослойных подкрепленных ребрами жесткости цилиндрических оболочек при совместном осевом сжатии и внутреннем давлении с учетом упруго-пластической работы материала. В качестве критерия оптимальности принимается минимальный объем оболочки. Область поиска оптимального решения в пространстве оптимизируемых параметров ограничивается условиями прочности и устойчивости оболочки. При оценке устойчивости учитывается дискретное расположение ребер. Кроме условий прочности и устойчивости оболочки, на область допускаемых решений накладываются ограничения на геометрические размеры оптимизируемых элементов конструкций. Сложность при постановке задачи математического программирования состоит в том, что критические напряжения, возникающие в оптимальных сжатых подкрепленных цилиндрических оболочках, являются функцией не только параметров обшивки и подкрепления, но и числа полуволн в окружном и меридиональном направлениях, которые образуются в результате потери устойчивости. В свою очередь, число этих полуволн зависит от варьируемых параметров оболочки. Следовательно, область поиска становится нестационарной, и при постановке задачи математического программирования следует предусмотреть необходимость минимизации функции критических напряжений по целочисленным параметрам волнообразования на каждом шаге поисковой процедуры. В связи с этим предлагается методика решения задачи оптимального проектирования усиленных сеткой ребер оболочек с применением алгоритма случайного поиска, обучение которого осуществляется не только в зависимости от приращения целевой функции, но и от приращения критических напряжений на каждом шаге поиска экстремума. Целью работы является демонстрация методики оптимизации таких оболочек, при которой используется специальный алгоритм обучения системы поиска, состоящий в том, что одновременно решаются две задачи математического программирования: минимизация весовой целевой функции и минимизация критических напряжений потери устойчивости оболочки. Предлагаемая методика иллюстрируется на численном примере. У статті розглядається застосування методу випадкового пошуку для оптимального проектування одношарових підкріплених ребрами жорсткості циліндричних оболонок при спільному осьовому стисканні і внутрішньому тиску з урахуванням пружно-пластичної роботи матеріалу. Як критерій оптимальності приймається мінімальний об’єм оболонки. Область пошуку оптимального розв’язку в просторі параметрів, що оптимізуються, обмежується умовами міцності і стійкості оболонки. Під час оцінки стійкості враховується дискретне розташування ребер. Крім умов міцності і стійкості оболонки, на область допустимих розв’язків накладаються обмеження на геометричні розміри параметрів, що оптимізуються. Складність при постановці задачі математичного програмування полягає в тому, що критичні напруження, які виникають в оптимальних стиснутих підкріплених циліндричних оболонках, є функцією не тільки параметрів обшивки і підкріплення, але й кількості напівхвиль в окружному та меридіональному напрямках, що утворюються в результаті втрати стійкості. У свою чергу, кількість цих напівхвиль залежить від варійованих параметрів оболонки. Отже, область пошуку стає нестаціонарною і при постановці задачі математичного програмування слід передбачати необхідність мінімізації функції критичних напружень за цілочисловими параметрами хвилеутворення на кожному кроці пошукової процедури. У зв'язку з цим пропонується методика розв’язання задачі оптимального проектування підкріплених сіткою ребер оболонок із застосуванням алгоритму випадкового пошуку, вивчення якого здійснюється не тільки в залежності від зменшення цільової функції, а й від збільшення критичних напружень на кожному кроці пошуку екстремуму. Метою роботи є демонстрація методики оптимізації такого роду оболонок, за якої використовується спеціальний алгоритм навчання системи пошуку, котра полягає в тому, що одночасно розв’язуються дві задачі математичного програмування: мінімізація вагової цільової функції і мінімізація критичних напружень. Методика, що пропонується, ілюструється на числовому прикладі. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2021-07-01 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/235745 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 24 No. 2 (2021); 50-58 Проблемы машиностроения; Том 24 № 2 (2021); 50-58 Проблеми машинобудування; Том 24 № 2 (2021); 50-58 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/235745/234105 https://journals.uran.ua/jme/article/view/235745/234106 Copyright (c) 2021 Heorhii V. Filatov http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |