Постановка задачі топологічної оптимізації конструкцій рухомого складу та спеціальної техніки залізниць з урахуванням комплексних обмежень на міцність
Loading...
Files
Date
2013
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
UK: Мета. Головна мета статті полягає в розвитку наукових основ теорії топологічної оптимізації конструкцій
у частині розв’язання складних задач оптимізації конструкцій рухомого складу і спеціальної техніки залізниць.
Методика. Математичне програмування й математичне моделювання як інструменти постановки задач топологічної оптимізації конструкцій рухомого складу і спеціальної техніки залізниць. Результати. Виконано
ґрунтовний огляд і аналіз сучасного стану теорії топологічної оптимізації конструкцій. Наведено класичну
варіаційну та скінченно-елементну постановки задач топологічної оптимізації. Розглянуто ідею та особливості
реалізації SIMP-методу для їх розв’язання. Подано постановку задачі топологічної оптимізації у вигляді
мінімізації маси конструкції з урахуванням обмежень на напруження. Детально розглянуто низку проблем, що
виникають у разі введення таких обмежень до задачі оптимізації. Наукова новизна. Наукова новизна статті
полягає в розвитку теорії оптимального проектування конструкцій рухомого складу і спеціальної техніки
залізниць шляхом запропонування постановки задачі топологічної оптимізації, адаптованої до вирішення означених задач. Практична значимість. Практична значимість дослідження полягає в адаптації існуючих постановок задач топологічної оптимізації до задач залізничного машинобудування.
RU: Цель. Главная цель статьи заключается в развитии научных основ теории топологической оптимизации конструкций в части решения сложных задач оптимизации конструкций подвижного состава и специальной техники железных дорог. Методика. Математическое программирование и математическое моделирование как инструменты создания постановки задач топологической оптимизации конструкций подвижного состава и специальной техники железных дорог. Результаты. Выполнен основательный обзор и анализ современного состояния теории топологической оптимизации конструкций. Приведены классическая вариационная и конечно-элементная постановки задач топологической оптимизации. Рассмотрена идея и особенности реализации SIMP-метода для их решения. Приведена постановка задачи топологической оптимизации в виде минимизации массы конструкции с учетом ограничений по напряжениям. Детально рассмотрен ряд проблем, возникающих при введении подобных ограничений в задачу оптимизации. Научная новизна. Научная новизна заключается в развитии теории оптимального проектирования конструкций подвижного состава и специальной техники железных дорог путем создания постановки задачи топологической оптимизации, адаптированной к решению упомянутых задач. Практическая значимость. Практическая значимость исследования состоит в адаптации существующих постановок задач топологической оптимизации к задачам железнодорожного машиностроения.
EN: Purpose. The main paper purpose is the development of the topology structural optimization scientific basis regarding to the complicated optimization problems of rolling stock and special railway equipment structures. Methodology. Mathematical programming and mathematical modeling are the creating tools for the topology structural optimization problem statement for the rolling stock and special railway equipment. Findings. The fundamental review and analysis of the topology structural optimization modern state is executed. The classical variation problem statement and FE-statement of the topology optimization problem are in the paper. The stress-constrained structure mass minimization problem statement is considered. The stress-constrained topology optimization problems have some difficulties, which are considered in the paper in detail. The strength condition by the fatigue strength safety factor criterion is transformed to the strength condition by the allowable stresses criterion. Originality. Scientific novelty is the development of the optimal design theory adapted to solving the rolling stock and special railway equipment structures problems. Practical value. Practical importance of the research is the adaptation of the existing topology structural optimization problem statements to the railway engineering industry problems.
RU: Цель. Главная цель статьи заключается в развитии научных основ теории топологической оптимизации конструкций в части решения сложных задач оптимизации конструкций подвижного состава и специальной техники железных дорог. Методика. Математическое программирование и математическое моделирование как инструменты создания постановки задач топологической оптимизации конструкций подвижного состава и специальной техники железных дорог. Результаты. Выполнен основательный обзор и анализ современного состояния теории топологической оптимизации конструкций. Приведены классическая вариационная и конечно-элементная постановки задач топологической оптимизации. Рассмотрена идея и особенности реализации SIMP-метода для их решения. Приведена постановка задачи топологической оптимизации в виде минимизации массы конструкции с учетом ограничений по напряжениям. Детально рассмотрен ряд проблем, возникающих при введении подобных ограничений в задачу оптимизации. Научная новизна. Научная новизна заключается в развитии теории оптимального проектирования конструкций подвижного состава и специальной техники железных дорог путем создания постановки задачи топологической оптимизации, адаптированной к решению упомянутых задач. Практическая значимость. Практическая значимость исследования состоит в адаптации существующих постановок задач топологической оптимизации к задачам железнодорожного машиностроения.
EN: Purpose. The main paper purpose is the development of the topology structural optimization scientific basis regarding to the complicated optimization problems of rolling stock and special railway equipment structures. Methodology. Mathematical programming and mathematical modeling are the creating tools for the topology structural optimization problem statement for the rolling stock and special railway equipment. Findings. The fundamental review and analysis of the topology structural optimization modern state is executed. The classical variation problem statement and FE-statement of the topology optimization problem are in the paper. The stress-constrained structure mass minimization problem statement is considered. The stress-constrained topology optimization problems have some difficulties, which are considered in the paper in detail. The strength condition by the fatigue strength safety factor criterion is transformed to the strength condition by the allowable stresses criterion. Originality. Scientific novelty is the development of the optimal design theory adapted to solving the rolling stock and special railway equipment structures problems. Practical value. Practical importance of the research is the adaptation of the existing topology structural optimization problem statements to the railway engineering industry problems.
Description
Keywords
топологічна оптимізація, МСЕ, SIMP-метод, обмеження на напруження, утомна міцність, мінімум ваги, топологическая оптимизация, МКЭ, SIMP-метод, ограничения на напряжения, усталостная прочность, минимум веса, topology optimization, FEM, SIMP-method, stress constraint, sfatigue strength, weight minimum, КТМЕХ
Citation
Товт, Б. М. Постановка задачі топологічної оптимізації конструкцій рухомого складу та спеціальної техніки залізниць з урахуванням комплексних обмежень на міцність / Б. М. Товт // Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. ак. В. Лазаряна. – 2013. – № 5(47). – С. 79–88. – DOI: 10.15802/stp2013/17969.