Оптимальное проектирование композитных коробчатых конструкций

Аннотация

В данной работе рассматривается методика оптимизации коробчатых многосвязных тонкостенных конструкций как по материалам, так и по методам расчета. Такие конструкции широко применяются на транспорте, в строительстве и других областях. Примером таких конструкций являются кузова автобусов, троллейбусов, трамваев, трейлеров; корпуса железнодорожных вагонов, спецтранспорта; передвижных мастерских, жилых объектов и т. п. Выполнена сначала глобальная, а затем локальная оптимизация для заданных воздействий с использованием системного анализа, математического моделирования и IT-технологий. В процессе оптимизации показано определение глобальной целевой функции и критериев оптимизации, глобальных и локальных ограничений. Предложена разработка проекта коробчатой тонкостенной композитной конструкции, включающей в себя геометрическое моделирование, подбор компонентов материала и составление композиции тонкостенных элементов. Для сравнения описано, как при компоновке композитной панели можно использовать природный биологический организм, из которого выделяются основные системы органов, обеспечивающие процессы его жизнедеятельности: опорно-двигательная, кровеносная, дыхательная и другие. Показано, что по аналогии с организмом транспортный объект (неоднородная система) может обеспечивать общую и местную прочность и жесткость элементов конструкции. При составлении композиции тонкостенного элемента каждый вариант панели рассматривают как модуль со своими физико-механическими характеристиками. Далее приведены методы, которые можно использовать при расчете неоднородной конструкции, и формулы для определения приведенных цилиндрических жесткостей для пластинчатых и оболочечных элементов «эквивалентного» однородного материала. Показан пример оптимального проектирования тонкостенной композитной конструкции коробчатого типа. Делается вывод о предложенной методике оптимального расчета и проектирования композитных тонкостенных конструкций с помощью системного подхода.