DOI: https://doi.org/10.22281/2413-9920-2019-05-04-481-487

УДК 621.874, 69.07

Манжула К.П., Наумов А.В.
Оптимизация геометрии и массы коробчатой балки с криволинейными стенками при расчете на местную устойчивость от изгибающего момента
В статье исследована возможность оптимизации геометрии и массы балки исходя из условий обеспечения местной устойчивости. Предмет исследования – коробчатая балка с криволинейными стенками. Данный тип балки не является распространенным, так как он не изучен должным образом, что говорит об его новизне. Однако проведенные исследования и испытания доказывают, что данный тип балки превосходит текущие типы балок по показателям местной устойчивости. Это говорит об актуальности дальнейших исследований и использовании балок с криволинейными стенками в конструкциях, в которых основным аспектом выбора геометрических размеров балки является местная устойчивость. Для оптимизации данного типа балок был проведен численный эксперимент с помощью метода конечных элементов в среде ANSYS. Эксперимент подтвердил возможность геометрической оптимизации с сохранением аналогичных показателей местной устойчивости. Результатами данного исследования являются полученные расчетные формулы. Первая формула необходима для нахождения напряжений потери местной устойчивости коробчатых балок с оптимизированными криволинейными стенками. Данная формула была выведена с помощью аппроксимации результатов численного эксперимента с помощью метода наименьших квадратов в среде MathCAD. Вторая полученная формула необходима для определения выигрыша по массе при использовании оптимизированной геометрии.
Ключевые слова: оптимизация геометрии и массы, коробчатая балка с криволинейными стенками, местная устойчивость, метод конечных элементов, ANSYS, MathCAD.

Manzhula K.P., Naumov A.V.
Geometry and mass optimization of box-shape beams with non-linear walls for local buckling due to bending
This article explores the possibility of optimizing geometry and mass of a beam based on the conditions for ensuring local buckling. The subject of the study is a box-shaped beam with non-linear walls. This type of beam is unpopular because it has not been studied properly. This fact only indicates its novelty. However, researches and experiments prove that this type of beam is superior to current types of beams in terms of local buckling. This indicates relevance of further research and use of beams with non-linear walls in structures, where local stability is the main aspect in choosing the geometric dimensions of the beam. To optimize this type of beam, a numerical experiment was performed by using the finite element method in ANSYS. The experiment confirmed the possibility of geometric optimization with maintaining similar performance of local stability. The results of this study are obtained formulas. The first formula is required to find the local buckling stresses of box-shaped beams with optimized non-linear walls. This formula was found by approximating the results of a numerical experiment using the least squares method in a MathCAD. The second formula is required to find benefit in mass when using optimized geometry.
Key words: geometry and mass optimization, box-shape beams with non-linear walls, local buckling, finite elements method, ANSYS, MathCAD.

Скачать статью (файл pdf) — Download (pdf)

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.