labrabferma (1013882), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Рис. 3.5

се схемы претерпели существенное изменение.

Дальнейшая работа связана с попытками оптимизации топологии ферм. В ферме 11.frm стержень 5 имеет очень маленькую площадь, что свидетельствует о малой нагрузке. Поэтому с целью получения более рациональной конструкции была предпринята попытка удаления этого стержня с последующей серией оптимизаций (совместной и параметрической). В ферме 11.frm сближение узлов 1 и 6 подсказывает возможность их объединения в один узел и удаления 5,8 и 9. В ферме 13.frm был удален слабонагруженный стержень 5. В ферме 14.frm сближение узлов 1,7 и 8 дало возможность объединить их в один, удалить стержни 6 и 7 и объединить стержни 5, 9 и 11 в один стержень. В ферме 15.frm – удалить слабонагруженные стержни 7 и 8, удалить узел 6, тем самым, объединив стержни 6 и 10 в один. В ферме 17.frm все стержни нагружены примерно одинаково, но изготовить такую ферму нельзя из-за перекрещивающихся стержней. Поэтому были вставлены узлы в местах пересечения стержней. В ферме 18.frm был удален слабонагруженный стержень 5. В ферме 19.frm был удален слабонагруженный стержень 9. После каждого изменения топологии ферм снова проводилась совместная и параметрическая оптимизации.

Результаты работы приведены на рис. 3.5.

Т

ретья часть лабораторной работы №1.

Из всех вариантов силовых схем, прошедших все виды оптимизации, отбирается 2-3 наиболее перспективные.

Для этого разработчик должен проанализировать распределение усилий в каждой эвристической конструкции и на основании полученного значения массы для этой конструкции оценить эффективность выбранного варианта силовой схемы. Отбор производится по критерию минимальной массы, хотя могут приниматься во внимание соображения технологического и конструктивного характера. Например, почти определённо можно сказать, что схемы, имеющие отдельные стержни очень малой площади, малоперспективны.

В число силовых схем ферм, которые будут в дальнейшем рассматриваться как кандидаты в результаты проектной работы, следует отнести фермы, массы (объем материала) которых являются наименьшими и отличаются от самой минимальной (по объему материала) не более, чем на 5-10%. Эти 2-3 силовые схемы и являются результатом выполнения данной лабораторной работы.

Для примера задания рис. 2.1 наиболее перспективными представляются фермы 14 (V= 552см³), 11 (V= 643см³) и 12 (V= 644см³). Эти силовые схемы и будут результатами лабораторной работы №1.

Порядок выполнения работы №1.

1.Студенты, получив задание на проектирование ферменной конструкции, предварительно во внеаудиторное время должны изучить настоящее пособие и пособие [1] и получить задание на проектирование ферменной конструкции. Затем, проанализировав полученное задание и проявив знания и интуицию, начертить несколько (8-10) эвристических вариантов силовой схемы фермы, отвечающих габаритам проектной области, условиям нагружения и закрепления.

2. Сформировать в САПР «Ферма» 8-10 предварительно разработанные эвристические ферменные конструкции. Для каждой из них произвести расчет на прочность и подсчитать массу (объем материала) конструкции. По результатам расчета привести краткий анализ силовых схем, отметив их достоинства и недостатки и причины, по которым отобраны те или иные схемы для дальнейшей проработки.

3. Для каждой отобранной силовой схемы провести параметрическую оптимизацию, расчет на прочность и запомнить получившееся значение объема материала. После этого провести совместную оптимизацию силовых схем, включающие изменение координат свободных узлов с последующей параметрической оптимизацией с целью получения наиболее оптимальной схемы. Критерием оптимизации является масса конструкции. Параметрическую оптимизацию надо чередовать с совместной, заканчивая всегда параметрической.

4. Из оптимизированных по расположению узлов и площадям стержней конструкций выбрать 2-3 наиболее близких по значению минимальной массы, которые и будут окончательным результатом лабораторной работы. При отборе

принять во внимание технологические и конструктивные соображения.

5. Оформить отчет о проделанной работе.

Отчет должен включать:

• титульный лист с указанием фамилии и группы, рисунок задания, содержащий проектную область с указанием опор, нагрузок, расчетных случаев и других данных;

• рисунки разработанных вариантов силовых схем с указанием значений веса (объема материала) этих конструкций и имен файлов, содержащих исходные данные;

• рисунки вариантов силовых схем после оптимизации положения узлов и параметрической оптимизации с указанием значений массы этих конструкций и имен файлов, содержащих исходные данные. Обязательно привести доказательства правильности полученных конструктивных решений.

Этими доказательствами являются выборочные результаты:

- повторных оптимизаций положения узлов при разном задании последовательности их перебора и назначении разных начальных шагов изменения их координат;

- повторных параметрических оптимизаций с другими исходными данными и с назначением иного числа итераций и точности оптимизации;

• рисунки и характеристики 2-3-х вариантов отобранных силовых схем фермы. Рисунки необходимо снабдить таблицей площадей поперечных сечений ферм с учётом устойчивости. Выделить стержни с минимальной и максимальной площадью поперечного сечения и указать разброс этих параметров для каждой силовой схемы.

Сделать окончательные выводы по проектным результатам проделанной работы с

обоснованием целесообразности использования этих вариантов с точки зрения весовых, технологических или каких-либо других характеристик;

• выводы, в которых следует проанализировать преимущества и недостатки используемого подхода к проектированию силовых схем ферм;

• отметить достоинства и недостатки системы, пособия, а также методических указаний к выполнению лабораторных работ, предложить пути совершенствования системы, а также указать возможности её модификации с целью улучшения её характеристик.

Отчеты оформляются к следующему лабораторному занятию и подписываются преподавателем. Подписанные отчеты предъявляются на зачете или экзамене. Файлы, приведенные в отчете, не должны уничтожаться до конца семестра.

3.2. Лабораторная работа №2 "Эвристическая разработка силовой схемы ферменной конструкции минимальной массы с использованием дополнительного критерия"

В

лабораторной работе №2 реализуется не совсем стандартная схема процесса проектирования силовых конструкций, а комбинированный подход, основанный на использовании наряду с критерием минимальной массы (объема) конструкции дополнительного критерия – силового веса (см. раздел 2.2.1 пособия [1]). В этом случае полная последовательность разработки проекта будет выглядеть согласно рис. 3.6.

Все расчеты проводятся с учётом устойчивости стержней.

Лабораторная работа производится в подсистемах «Теоретически оптимальная конструкция» и «Ферменная конструкция» САПР «Ферма» и в целом состоит из трех частей.

Первая часть лабораторной работы №2.

В первой части производится расчет силового веса теоретически оптимальной конструкции . Исходными данными для расчета являются габариты проектной области, в которой должна размещаться конструкция, нагрузки, условия закрепления и характеристики материала, из которого будет изготовлена конструкция. Данный этап позволяет оценить нижний предел совершенствования будущей силовой схемы фермы (по силовому весу) для заданных условий закрепления, габаритов проектной области и нагрузок. При этом прогнозируется только величина силового веса , а конфигурация теоретически оптимальной конструкции не определяется и отыскивается на последующих этапах.

С

иловой вес , определяющий нижний предел совершенствования структур силовых конструкций, служит ориентиром в процессе дальнейшей эвристической разработки силовых схем. Последовательность действий, необходимая для определения силового веса , приведена в подразделе 3.2.3 раздела 3.2 пособия [2]. На рис. 3.7 приведен результат формирования проекта ТОК, соответствующего заданию рис. 2.1, и подсчитанное значение =5,993е+0.6.

В

Рис. 3.7

торая часть лабораторной работы №2.

Во второй части работы проектируется силовая схема фермы. Для исходных данных, рассмотренных на первом этапе, задаются несколько (порядка 8-10) эвристических вариантов ферменной конструкции, удовлетворяющих исходным данным и, по мнению проектировщика, являющихся самыми перспективными. Выполняя эту часть работы, каждый студент на основе интуиции и предшествующего опыта разрабатывает для своего задания множество силовых схем, вводит исходные данные в САПР “Ферма”, затем рассчитывает усилия и напряжения в стержнях фермы и вычисляет дополнительный критерий эффективности силовой схемы - силовой вес фермы . После расчета схем необходимо проанализировать их характеристики и принять решение о целесообразности дальнейшей работы с ними. Пример анализа результатов расчета приведён в разделе 2.3 настоящего пособия.

Если для данного задания студент выполнял лабораторную работу №1, то он может использовать эвристические варианты ферменной конструкции, разработанные в работе №1 (для примера рис. 2.1 варианты приведены на рис. 3.3).

Далее, используя подсистему оптимизации положения узлов, проектировщик должен скорректировать эвристические конструкции таким образом, чтобы силовой вес уменьшился (производится оптимизация положения узлов). Здесь, как и в лабораторной работе №1, особое внимание следует обращать на те случаи, когда изменение координат узлов приводит к слишком близкому расположению узлов относительно друг друга (или даже совпадению), указывая проектировщику на желательность изменения структуры конструкции, путем замены 2-х узлов одним. Те же соображения могут использоваться при очень близком параллельном расположении стержней, что также может подсказать разработчику на желательность замены 2-х стержней одним. Тем самым, помимо отыскания наилучшего положения узлов будет произведена и структурная оптимизация. Описание работы с подсистемой оптимизации положения узлов с объяснением алгоритма приведено в разделе 2.5 настоящего пособия и в руководстве пользователя [2]. Принципиальная последовательность проведения оптимизации для фермы 11.frm описана в разделе 2.5 настоящего пособия. Надо только ещё раз подчеркнуть, что в данной лабораторной работе необходимо проводить не совместную оптимизацию, а оптимизацию положения узлов по критерию силового веса, и только потом параметрическую оптимизацию для 3-4-х, отобранных по критерию силового веса конструкций. Параметрическая же оптимизация всегда проводится по критерию минимального объёма (массы) конструкции.

При геометрической оптимизации радиус возможного изменения координат рекомендуется принимать сначала максимальным. Если результат окажется неудовлетворительным или алгоритм не сможет обработать данные, радиус следует уменьшить. В отдельных случаях придётся использовать «авторадиус» и проводить оптимизацию несколько раз, каждую новую оптимизацию от положения узлов, полученных при предыдущей оптимизации. Это необходимо делать, когда узлы выходят на границу области «авторадиуса» или когда получается сомнительный результат. Во всяком случае, необходимо всегда проверять полученные решения, назначая для оптимизации другие исходные данные.

После выполнения геометрической оптимизации для каждой схемы необходимо сделать параметрическую оптимизацию, в результате чего площади стержней примут значения, исключающие разрушение конструкции.

Характеристики

Список файлов книги