Delist.ru

Оптимальное проектирование орготропных конструкций мостовых сооружений при различных условиях нагрузения (17.11.2009)

Автор: Мохаммед Эльтантави Эльмадави Авад

965 209,5 0,2279 0,014 0,6860 0,024 0,2393 0,024 0,014 0,55 2,25 6

На этом примере продемонстрировано удобство представления результатов в среде Ms.Excel, показан переход по трем таблицам, рис.12 и выделение области допустимых решений и Парето-множества оптимальных решений. Представлено графическое наглядное оформление результатов, позволяющее оценить рациональные проекты. На рис. 14 и 15 показаны примеры графического представления результатов проектирования, красные точки – допустимые решения, Х – рациональные проекты.

югу от Порт-Саида. Он соединяет Синайский полуостров и материковую часть Египта. Планировалось, что данная конструкция внесет существенный вклад в развитие полуострова. Этот мост является первый мостом – шоссе на Суэцком канале. Он относится к стальным вантовым балочным мостам с прогонами коробчатого сечения, с главной длиной промежутка 404 м и полной длиной 730 м. Максимальное навигационное разрешение под мостом –70 м.

Был рассмотрен трехпролетный участок моста, шарнирно опертый по крайним сечениям, с шарнирными опорами в местах установки вантов (Рис.16). Выбор шарнирного опирания в местах установки вантов, конечно, не совсем соответствует реальной расчетной схеме. Однако, для демонстрации работы комплекса это не существенно. Расстояние между вантами 12м, величина пролета поперечных балок 6 м. Между поперечными балками установлены две диафрагмы, находящиеся на равном расстоянии 2 м друг от друга.

, приведенных в Табл.7. Параметры по-разному меняются в частях конструкции показанных на Рис. 17. Диапазоны значений параметров показаны в табл. 7.

Табл. 7. Диапазоны параметров.

Толщина, м. Кол. прод. ребер в частях, шт.

Прод. ребро Попер. балка Лист ОП Ниж.

пояс Вн.

стенка Внутр.

. При выполнении цикла программы было исследовано 500 пробных точек (параметры точек, целевые функции и значения проверки по СНиП 2.05.03-84* приведены в Таблице испытаний). В таблице допустимых значений было занесено (автоматически) 161 точка, параметры которых удовлетворяют СНиП 2.05.03-84*. Из этих результатов проектировщик, предварительно задав максимальные значения интересующих силовых функций (масса, прогиб), может отобрать наиболее удачные конструктивные решения.

может составить 325 кг/м2, т.е. на 7.2% меньше. Таким образом, для всего моста, имеющего длину проезжей части с ортотропными конструкциями около 730 м, рациональные решения могут дать очевидную экономию.

Табл. 8. Таблица множества Парето

Толщина, м. Кол. прод. ребер в частях, шт.

номер точки Масса,

кг/м2 Прогиб,

м. Прод. ребро Попер. балка Лист ОП Ниж.

пояс Внеш.

стенка Внутр.

. Синими и красными точками выделено множество решений, а красными – допускаемые решения. Рациональные решения по массе отмечены знаком х, по прогибу знаком (. Области рациональных решений могут в некоторых случаях пересекаться, что зависит от границ отбора множеств Парето. Точки в пересечении в этом случае дают рациональные решения, удовлетворяющие одновременно для данного рассмотрения двум критериям.

Таким образом, при использовании предложенного алгоритма многокритериальной оптимизации на основе разработанного метода ИПП с расчетом прочностных параметров МКЭ появляется возможность изучить поведение конструкции в зависимости от изменения определяющих её параметров, построить с учетом наложенных ограничений допустимое множество проектных решений, и, управляя критериальными ограничениями, становится возможным провести эффективную многокритериальную оптимизацию конструкции. На последнем примере продемонстрирована универсальность метода и программ, позволяющие рассматривать и коробчатые ортотропные конструкции. Показана работа комплекса при двух целевых функциях. Дан анализ возможности выделения области оптимальных решений и возможности как автоматического, так и экспертного управления получением оптимальных проектов. Показано удобство метода для пользователей. Эффективность решений приближенно оценена при весовой оптимизации в ~ 7% от массы конструкции, что может дать значительную экономию при рассмотрении всей проезжей части моста.

Общие выводы по работе

Разработка комплексного метода многокритериальной оптимизации для сложных пространственных задач, к которым относятся задачи проектирования ортотропных мостовых металлоконструкций, представляется актуальной. Это связано с расширяющимся объемом строительства новых мостов с большими пролетами, необходимостью экономии ресурсов при проектировании и строительстве, необходимостью использования мощных методов численного анализа (МКЭ) ввиду усложнения физических и геометрических расчетных схем.

Установлено, что адекватной расчетной моделью МКЭ для оптимизации основных параметров ортотропной плиты является смешанная модель (двумерные элементы для настила и одномерные для ребер) и показана трактовка результатов, не вносящая погрешности в расчет как прогибов, так и моментов. Показано, что использование решателя расчетного комплекса МКЭ MSC.Nastran и разработанной модели дает хорошее совпадение с известными результатами расчетов ортотропных конструкций, проверенными экспериментально.

Разработанный метод и программы для организации совместно с комплексом МКЭ вариантных циклических расчетов, основанные на использовании для автоматизации и ускорения процессов script-языка для Excel и написанные на Visual Basic For Application (VBA), имеют самостоятельное прикладное значение, так как позволяет исследовать взаимовлияние геометрических и других параметров конструкции, что важно при проектировании.

Разработанный метод и программный комплекс позволяют при выделении варьируемых параметров модели конструкции построить путем ИПП с помощью генератора ЛП? – последовательностей допустимое множество проектных решений с учетом ограничений, и далее, управляя критериями качества, провести многокритериальную оптимизацию конструкции и получить наиболее интересные решения из допустимого множества, пользуясь наименьшим количеством пробных точек.

Исследована адекватность метода многокритериальной оптимизации путем сравнения с известными решениями, полученными для простых конструкций с использованием поиска экстремума функции цели методами нелинейного программирования.

Разработаны и оформлены в удобном для пользователя виде все исходные, текущие и окончательные материалы расчетов с использованием среды Excel в форме легко читаемых таблиц и разработан вид графического представления результатов оптимизации в пространстве параметров. Листы Excel с материалами уже разработанных моделей МКЭ и требованиями СНиП могут быть практически использованы при оптимизации различных ортотропных конструкций проезжей части стальных мостов.

Практическое применение разработанного метода и программного комплекса многокритериального проектирования для конкретных ортотропных конструкций проезжей части вантового моста через Суэцкий канал показало его эффективность, удобство и прозрачность для пользователя – проектировщика и расчетчик, и возможность применения при проектировании как вновь проектируемых мостовых сооружений, так и анализа существующих проектных решений.

Предложенный подход является достаточно общим и позволяет проводить оптимизацию сложных конструкций при их расчете МКЭ и описываемых большим количеством параметров и ограничений, при использовании нескольких целевых функций. С помощью разработанного метода можно оптимизировать сложные пространственные конструкции, рассчитываемые МКЭ не только в упругой области, но и при физически нелинейной постановке для всей конструкции или для выделенных зон, при любых ограничениях по параметрам (геометрии, прочности, технологии). Метод и программный комплекс могут быть в дальнейшем развиты на другие элементы мостовых сооружений и строительных конструкций.

Основные публикации теме диссертации

Демьянушко И. В., Мохаммед Эльтантави Эльмадави, Черенков П.В. Исследование влияния геометрических характеристик ребер ортотропных плит мостовых сооружений. – М.: Транспортное строительство, 2009, No. 5, с. 30-32.

Демьянушко И. В., Мохаммед Эльтантави Эльмадави. Применение метода исследования пространства параметров для оптимизации конструкций. – М.: Транспортное строительство, 2009, No. 7, с. 26-28.

Демьянушко И. В., Мохаммед Эльтантави Эльмадави. Многокритериальная оптимизация в оценке проектных решений ортотропных мостовых конструкций. – М.: Транспортное строительство, 2009, No. 11.

Демьянушко И. В., М. Э. Эльмадави. Моделирование ортотропных пластин с использованием программного комплекса Patran-Nastran. М.: МАДИ (ГТУ), 2008, Выпуск 3 (14), с. 61-65.

Демьянушко И. В., Мохаммед Эльтантави Эльмадави. Моделирование ортотропных пластин с использованием программного комплекса Patran-Nastran. Одиннадцатая Российская конференция пользователей MSC Форум MSC 2008.

Демьянушко И. В., Мохаммед Эльтантави Эльмадави. Исследование влияния геометрических характеристик мостовых стальных плит на расчетные силовые факторы. Доклад «67 научно-методическая и научно-исследовательская конференция», подсекция строительной механики и вопросов надежности на транспорте.

Демьянушко И. В., Мохаммед Эльтантави Эльмадави. Применение многокритериальной оптимизации в оценке проектных решений для ортотропных мостовых конструкций на основе расчетов МКЭ. Двенадцатая Российская конференция пользователей MSC Форум MSC 2009.

Рис. 16. Трехпролетный участок моста

Рис. 17. Части моста Суэцкого канала

загрузка...