Optimal Desing of Composite Box-Type Structures

Authors

  • V. I. Kucheryuk Tuymen State Institute of Culture
  • I. V. Shaptala Tyumen State University
  • N. A. Spiridonova Industrial University of Tyumen

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2022-3-66-75

Keywords:

composite panel, optimization, box-type structure, geometric simulation

Abstract

The present paper considers the optimization methods of box-type thin-wall structures both in terms of materials and in terms of calculation methods. These structures are widely used in transport, construction and other areas. The example of such structures are bodies of buses, trolleybuses, trams, camper vans, train carriages, emergency vehicles, mobile workshops, accommodation facilities and others. At first global and later local optimization for the preset exposure by system analysis, mathematical modelling and IT-technologies were performed. Determination of global target function and optimization criteria, global and local limitations is shown during optimization. Development of a box-type composite thin-wall structure project was suggested including geometric simulation, selection of material components and whin-wall elements composition. For the purpose of comparison application of nature biological organism for combination of composite panel by separation of principal organ systems providing its vital activity: a locomotive, circulatory, inspiratory and etc., was described. It was shown that similarly to an organism a vehicle (non-uniform system) can provide general and local strength and rigidity of structural elements. When composing a thin-wall element, each variant of a panel is considered as a module with its physical and mechanical characteristics. Methods that can be applied to nonuniform structure analysis and formulae to determine the given flexural rigidity of plate and shell elements of “equivalent” uniform material are described further. An example of box-type thin-wall composite structure optimal design was shown. The conclusion with regard to the proposed method of optimal analysis and design of composite thin-wall structures is made by means of system approach.

Author Biographies

V. I. Kucheryuk, Tuymen State Institute of Culture

PhD in Engineering, Professor

I. V. Shaptala, Tyumen State University

Tyumen State University

N. A. Spiridonova, Industrial University of Tyumen

Industrial University of Tyumen

References

Рожваны Д. Оптимальное проектирование изгибаемых систем / пер. с англ. М.: Стройиздат, 1980. 310 с.

Смердов А. А. Основы оптимального проектирования композитных конструкций: учебное пособие. М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. 88 с.

Кучерюк В. И., Бабичев Д. Т., Шаптала И. В. К системной оптимизации прямозубых цилиндрических передач // Интеллектуальные системы в производстве. 2019. Т. 17, № 3. С. 14-19.

Волков Л. И. Надежность летательных аппаратов : учебное пособие для авиационных вузов. М. : Высш. шк., 1975. 296 с.

Kucheruk V.I. Optimization and Mathematical Simulation of Transpedicular Fixator / V.I. Kucheruk, S.G. Petrov, G.L. Petrov, E.Y. Petrova, E.A. Berezuev // I.J. of Innovative Techology and Exploring Ingineering, 2019. Vol.8, pp. 46-52.

Силаев А. А. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин. М. : Машиностроение, 1972. 192 с.

Композиционные материалы : в 8 т. / пер. с англ. ; под ред. Л. Браутмана и Р. Крака. М. : Машиностроение, 1978. Пер. изд.: Composite Materials. Нью-Йорк, 1975. Т. 8. Анализ и проектирование конструкций. Ч. 2 / под ред. К. Чамиса. 1978. 264 с.

Безухов Н. И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести / Н.И. Безухов. М. : Высш. шк., 1968. 512 с.

Самуль В. И. Основы теории упругости и пластичности. М. : Высш. шк., 1982. 264 с.

Прочность и долговечность автомобиля / Б. В. Гольд, Е. П. Оболенский, Ю. Г. Стефанович, О. Ф. Трофимов. М.: Машиностроение, 1974. 328 с.

Дубровский В. И., Федорова В. И. Биомеханика. М. : Владос-Пресс, 2003. 672 с.

Бегун П. И., Афонин П. Н. Моделирование в биомеханике. М. : Высш. шк., 2004. 390 с.

Вольфсон Б. П. Расчет сборных и монолитных коробчатых конструкций на изгиб и кручение. М. : Изд. лит. по строительству, 1968. 105 с.

Расчет тонкостенных конструкций объектов нефтяной и газовой промышленности / В. И. Кучерюк, Ю. Г. Сысоев, В. А. Иванов и др. М. : Недра, 1996. 279 с.

Kucheruk V. I., Umanskaya O. L., Krivchun N. A. Mathematical Modelling of the Calculation of the Stiffness Characteristics of Composite Materials. Periodical: Key Engineering Materials (Volume 771), Main Theme: Functional Material and Processing Technologies, edited by: Ha-Sung Kong, pp. 82-87, 2018. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.771.82.

Разрушение конструкций из композитных материалов / И. В. Грушецкий, И. П. Димитриенко, А. Ф. Ермоленко и др. ; под ред. В. П. Тамужа, В. Д. Протасова. Рига : Зинатне, 1986. 264 с.

Черепанов Г. П. Механика разрушения композиционных материалов. М. : Наука, Главная ред. физ.-мат. лит., 1983. 296 с.

Liebowitz H. Fracture Mathematical fundamentals. Volume 2 / H. Liebowitz. Academic Press, New-York and London, 1968. 705p.

Published

28.09.2022

How to Cite

Kucheryuk В. И., Shaptala И. В., & Spiridonova Н. А. (2022). Optimal Desing of Composite Box-Type Structures. Intellekt. Sist. Proizv., 20(3), 66–75. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2022-3-66-75

Issue

Section

Articles