Решение задачи параметрической оптимизации сетчатой цилиндрической конструкции

Инженерный журнал: наука и инновации

# 10·2017 1

УДК 629.78, 519.853.4 DOI 10.18698/2308-6033-2017-10-1688

Решение задачи параметрической оптимизации

сетчатой цилиндрической конструкции

Новокузнецкий институт (филиал) ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный

университет», Новокузнецк, 654041, Россия

Приведена задача оптимального проектирования сетчатой цилиндрической кон-

струкции. Такие конструкции широко применяются в аэрокосмической отрасли. Оп-

тимальное проектирование этих конструкций позволяет повысить эффективность

их использования, минимизировав массу, при соблюдении условий на прочность и

устойчивость. Приведена постановка задачи оптимального проектирования сетча-

тых конструкций в общем виде. Рассмотрено применение различных алгоритмов оп-

тимального проектирования с использованием известных аналитических зависимо-

стей. Алгоритм оптимизации основан на методе симплексного поиска, в котором для

описания невыпуклых гладких участков границ используется частичный R-предикат

допустимой области. Представлены результаты решения задачи оптимизации для

конкретной конструкции различными методами и результаты расчета напряженно-

деформированного состояния соответствующих моделей. Расхождения результатов

обусловлены различным набором ограничений, применяемых в рассматриваемых ме-

тодах.

Ключевые слова:

оптимальное проектирование конструкций, сетчатая цилин-

дрическая конструкция, минимум массы, прочность, устойчивость, алгоритм оп-

тимизации, R-функции

Введение.

Сетчатые конструкции из композиционных материалов

[1] являются одним из видов конструкций аэрокосмического назначе-

ния и представляют собой регулярную структуру спиральных и кольце-

вых ребер (рис. 1). Поиск оптимальных параметров — часть подготовки

эскизного проекта, который предшествует этапу рабочего проектирова-

ния, а именно опытно-конструкторским работам, созданию опытных

образцов, испытаний и выпуску серийной продукции. Данные, полу-

ченные на этапе оптимального проектирования, позволяют сократить

временные и материальные затраты на этапах испытаний и избежать

разрушения серийных конструкций при их эксплуатации.

К настоящему времени достаточно проработаны и используются

методы оптимального проектирования сетчатых конструкций на ос-

нове континуальных моделей. Однако отличительной особенностью

современных анизогридных конструкций является нарушение регу-

лярности реберной структуры, наличие вырезов и их усилений в виде

окантовок. Моделирование и расчет таких конструкций на прочность

базируются на полном дискретном моделировании. Данный подход

позволяет получить более достоверные результаты при расчете элемен-

тов конструкций, расположенных вблизи вырезов и их усилений.