vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2022-24-5-70-80vestniktgasu-1311Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯBUILDING AND CONSTRUCTIONДвухэтапный процесс оптимизации упругих стержневых систем при импульсом нагружении и варьировании параметров сечений элементов и дополнительных узловых массTwo-stage optimization of elastic rod systems under pulse loading, variable parameters of element sections and additional nodal massesГребенюкГ. И.GrebenyukG. I.

Григорий Иванович Гребенюк, докт. техн. наук, профессор

634003

пл. Соляная, 2

Томск

Grigori I. Grebenyuk, DSc, Professor

634002

2, Solanaya Str.

Tomsk

greb@sibstrin.ruМаксакВ. И.MaksakV. I.

Виталий Иванович Максак, докт. техн. наук, профессор

634003

пл. Соляная, 2

Томск

Vitali I. Maksak, DSc, Professor

634002

2, Solanaya Str.

Tomsk

ВешкинМ. С.VeshkinM. S.

Максим Сергеевич Вешкин, ст. преподаватель

630008

ул. Ленинградская, 113

Новосибирск

Maksim S. Veshkin, Senior Lecturer

630008

113, Leningradskaya Str.

Novosibirsk

max.vs@list.ru1Томский государственный архитектурно-строительный университетРоссияTomsk State University of Architecture and BuildingRussian FederationНовосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)РоссияNovosibirsk State University of Architecture and Civil EngineeringRussian Federation2022261020222457080Copyright © Гребенюк Г.И., Максак В.И., Вешкин М.С., 20222022Гребенюк Г.И., Максак В.И., Вешкин М.С.Grebenyuk G.I., Maksak V.I., Veshkin M.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/1311

   Рассмотрена задача оптимизации упругих стержневых систем при импульсном нагружении в случае, когда вектор варьируемых параметров состоит из двух групп: группы геометрических параметров сечений элементов и группы дополнительных узловых масс. Для увеличения скорости сходимости предложен двухэтапный итерационный процесс оптимизации, где на каждой итерации решались две самостоятельные задачи оптимизации с различными целевыми функциями. В качестве примера реализации предложенного двухэтапного процесса рассмотрена задача оптимизации пятиэтажной двухпролетной стальной рамы при действии кратковременной импульсной и статической нагрузок. Результаты решения поставленной задачи свидетельствуют об эффективности использования предложенного двухэтапного процесса оптимизации, а также дополнительных узловых масс в качестве варьируемых параметров.

   Optimization of elastic rod systems under pulsive loading is considered for the case when the vector of variable parameters consists of two groups: geometrical parameters of sections of elements and additional nodal masses. A two-stage iterative optimization process is proposed to increase the convergence rate, including two independent optimization problems with different objective functions solved for each iteration. Optimization of a five-storey two-span steel frame under the pulse and static loads is implemented in the proposed two-stage process. The obtained results show the effectiveness of using the proposed two-stage optimization and additional nodal masses as variable parameters. 

стержневые системыимпульсные нагрузкирасчетоптимизацияварьируемые параметрыметоды поискаоптимальное решениеrod systempulse loadingcalculat ionoptimizationvariable parameterssearch methodsoptimal solutionReferencesСебешев В. Г. Регулирование с помощью динамических гасителей колебаний напряженно-деформированного состояния систем с конечным числом степеней свободы при гармонических воздействиях (решение в перемещениях масс с матрицей жесткости) / В. Г. Себешев, Ю. А. Гербер // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2021. – № 6 (750). – С. 5−19.Sebeshev V. G., Gerber Yu. A. Regulirovanie s pomoshch'yu dinamicheskikh gasitelei kolebanii napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya sistem s konechnym chislom stepenei svobody pri garmonicheskikh vozdeistviyakh (reshenie v peremeshcheniyakh mass s matritsei zhestkosti) [Dynamic vibration dampers for stress-strain state of systems with finite number of degrees of freedom with harmonics]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo. 2021. No. 6 (750). Pp. 5−19. (rus)Себешев В. Г. Регулирование динамическими гасителями колебаний напряженно-деформированного состояния и надежности систем с сосредоточенными массами при гармонических воздействиях / В. Г. Себешев, Ю. А. Гербер // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2019. – № 9 (729). – С. 5−18.Sebeshev V. G., Gerber Yu. A. Regulirovanie dinamicheskimi gasitelyami kolebanii napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya i nadezhnosti sistem s sosredotochennymi massami pri garmonicheskikh vozdeistviyakh [Dynamic vibration dampers for stress-strain state and reliability of systems with concentrated masses with harmonics]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo. 2019. No. 9 (729). Pp. 5−18. (rus)Авторское свидетельство № 151532 A1 СССР, МПК F16F 15/03. Устройство для гашения колебаний механических систем : № 727324/25-8 : заявлено 22.04.1961 : опубликовано 31. 10. 1962 / Б. Г. Коренев, И. С. Шейнин.Korenev B. G., Sheinin I. S. Author's Certificate N 151532 A1 SSSR, MPK F16F 15/03. Ustroistvo dlya gasheniya kolebanii mekhanicheskikh sistem [Device for vibration damping in mechanical systems]. 1962. (rus)Авторское свидетельство № 545732 A1 СССР, МПК F16F 15/02, E04B 1/98. Устройство для гашения колебаний высотных сооружений типа мачт и дымовых труб : № 2070554 : заявлено 11. 10. 1974 : опубликовано 05. 02. 1977 / Б. Г. Коренев, В. И. Сысоев ; заявитель Ордена трудового красного знамени центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций им. В. А. Кучеренко.Korenev B. G., Sysoev V. I. Author's Certificate N 545732 A1 SSSR, MPK F16F 15/02, E04B 1/98. Ustroistvo dlya gasheniya kolebanii vysotnykh sooruzhenii tipa macht i dymovykh trub [Device for vibration damping in high-rise structures such as masts and chimneys]. 1977. (rus)Амбриашвили Ю.К. Динамический расчет специальных инженерных сооружений и конструкций : справочник проектировщика / Ю. К. Амбриашвили [и др.] – Москва : Стройиздат, 1986. – 461 с.Ambriashvili Yu. K., Anan'in A. I., Barchenkov A. G., et al. Dinamicheskii raschet spetsial'nykh inzhenernykh sooruzhenii i konstruktsii: spravochnik proektirovshchika [Dynamic analysis of special engineering structures: A designer's handbook]. Moscow: Stroiizdat, 1986. 461 p. (rus)Сергеев Н. Д. Проблемы оптимального проектирования конструкций / Н. Д. Сергеев, А. Н. Богатырев. – Москва : Стройиздат, 1971. – 136 с.Sergeev N. D., Bogatyrev A. N. Problemy optimal'nogo proektirovaniya konstruktsii [Optimum structural design]. Moscow: Stroiizdat, 1971. 136 p. (rus)Рейтман М. И. Методы оптимального проектирования деформируемых тел / М. И. Рейтман, Г. С. Шапиро. – Москва : Наука, 1976. – 266 с.Reitman M. I., Shapiro G. S. Metody optimal'nogo proektirovaniya deformiruemykh tel [Optimum design of deformable bodies]. Moscow: Nauka, 1976. (rus)Feng T. T., Arora J. S., Hang E. J. Optimum Structural Design Under Dynamic Loads // Jnt. j. Numerical Methods in Ing. 1977. V. 11. № 1. P. 39–52.Feng T. T., Arora J. S., Hang E. J. Optimum structural design under dynamic loads. International Journal for Numerical Methods in Engineering. 1977. V. 11. No. 1. Pp. 39−52.Belsare S. V., Arora J. S. An algorithm for Engeneering design Optimization // Int. jornal for Numer. Meth in Engeneer. 1983. V. 19. P. 841−858.Belsare S. V., Arora J. S. An algorithm for engineering design optimization. International Journal for Numerical Methods in Engineering. 1983. V. 19. P. 841−858.Schmit L. A. Stuctural Optimization. Some Key Ideas and Insights. In: New Directions in Optimum structures Design / Ed. Atreck et Al. Cichester : Wiley, 1984. P. 1−45.Schmit L. A. Structural optimization. Some key ideas and insights. In: New directions in optimum structures design, Atreck, Ed., Chichester: Wiley-Blackwell, 1984. Pp. 1−45.Хог Э. Прикладное и оптимальное проектирование. Механические системы и конструкции / Э. Хог, Я. Арора. – Москва : Мир, 1983. – 478 с.Khog E., Arora Ya. Prikladnoe i optimal'noe proektirovanie. Mekhanicheskie sistemy i konstruktsii [Applied and optimum design. Mechanical systems and structures]. Moscow: Mir, 1983. 478 p. (rus)Лазарев И. Б. Основы оптимального проектирования конструкций. Задачи и методы / И. Б. Лазарев. – Новосибирск : СГУПС, 1995. – 295 с.Lazarev I. B. Osnovy optimal'nogo proektirovaniya konstruktsii. Zadachi i metody [Fundamentals of optimum design of structures. Tasks and methods]. Novosibirsk, 1995. 295 p. (rus)Ляхович Л. С. Оптимизация по несущей способности и частоте колебаний / Л. С. Ляхович, А. П. Малиновский // Проектирование конструкций в Красноярском крае. – 1979. – № 12. – С. 103−113.Lyakhovich L. S., Malinovskii A. P. Optimizatsiya po nesushchei sposobnosti i chastote kolebanii [Optimization of bearing capacity and vibration frequency]. Proektirovanie konstruktsii v Krasnoyarskom krae. 1979. No. 12. Pp. 103−113. (rus)Ляхович Л. С. Оптимизация жесткостей упругих связей при ограничении на величину первой частоты собственных колебаний / Л. С. Ляхович, А. Н. Платохин // Известия вузов. Строительство и архитектура. – 1986. – № 7. – С. 26−29.Lyakhovich L. S., Platokhin A. N. Optimizatsiya zhestkostei uprugikh svyazei pri ogranichenii na velichinu pervoi chastoty sobstvennykh kolebanii [Optimization of elastic bond stiffnesses with limitation by the first frequency of natural oscillations]. Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo i arkhitektura. 1986. No. 7. Pp. 26−29. (rus)Гребенюк Г.И. Оптимизация стержневых систем при действии импульсных нагрузок / Г. И. Гребенюк, В. И. Роев, М. С. Вешкин // Проблемы оптимального проектирования сооружений : доклады IV Всероссийского семинара. – Новосибирск : НГАСУ (Сибстрин), 2002. – С. 108−118.Grebenyuk G. I., Roev V. I., Veshkin M. S. Optimizatsiya sterzhnevykh sistem pri deistvii impul'snykh nagruzok [Optimization of rod systems under pulse loading]. In: Problemy optimal'nogo proektirovaniya sooruzhenii: doklady 4-go Vserossiiskogo seminara (Dokl. All Russ. Seminar ‘Problems of Optimum Structural Design’). Novosibirsk, 2002. Pp. 108−118. (rus)Гребенюк Г. И. Дискретные модели расчета и оптимизации стержневых конструкций при импульсном нагружении / Г. И. Гребенюк, М. С. Вешкин // Известия Алтайского ГУ. – 2012. – № 11 (73). – С. 36−38.Grebenyuk G. I., Veshkin M. S. Diskretnye modeli rascheta i optimizatsii sterzhnevykh konstruktsii pri impul'snom nagruzhenii [Discrete models for calculation and optimization of rod structures under pulse loading]. Izvestiya Altaiskogo GU. 2012. No. 1 1 (73). Pp. 36−38. (rus)Гребенюк Г. И. Разработка алгоритмов численного расчёта и оптимизации стержневых систем при действии импульсных нагрузок / Г. И. Гребенюк, М. С. Вешкин // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2014. – № 4 (45). – С. 106−116.Grebenyuk G. I., Veshkin M. S. Razrabotka algoritmov chislennogo rascheta i optimizatsii sterzhnevykh sistem pri deistvii impul'snykh nagruzok [Development of algorithms for numerical calculation and optimization of rod systems under pulse loading]. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2014. No. 4 (45). Pp. 106−116. (rus)Дмитриева Т. Л. Построение явных задач оптимизации конструкций, подверженных действию импульсных нагрузок / Т. Л. Дмитриева // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2013. – № 7 (78). – С. 12−18.Dmitrieva T. L. Postroenie yavnykh zadach optimizatsii konstruktsii, podverzhennykh deistviyu impul'snykh nagruzok [Structural optimization under pulse loads]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2013. No. 7 (78). Pp. 12−18. (rus)Дмитриева Т. Л. Параметрическая оптимизация в проектировании конструкций, подверженных статическому и динамическому воздействию / Т. Л. Дмитриева. – Иркутск : Иркутский государственный технический университет, 2010. – 175 с.Dmitrieva T. L. Parametricheskaya optimizatsiya v proektirovanii konstruktsii, podverzhennykh staticheskomu i dinamicheskomu vozdeistviyu [Parametric optimization in structural design under static and dynamic loads]. Irkutsk, 2010. 175 p. (rus)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.