Optimization of Section Parameters of Finite Stiffness Cable Under Transverse Impact


如何引用文章

全文:

详细

A cable of finite stiffness is a model for a wide range of load-bearing structures, such as large-span suspended roofs of public and industrial buildings. At the same time, a new class of engineering structures has appeared relatively recently, designed to create an insurmountable physical obstacle to unauthorized movement of vehicles. The main elements that ensure the overall strength and rigidity of such structures are ring-shaped steel sections, which resist lateral impact. In this regard, there is a need to solve problems of optimal design of these elements. The objective of this study is to create a method that allows setting and solving the designated problems. The developed method is based on single-criterion multiparameter conditional optimization, the Bubnov-Galerkin method, as well as integral and differential calculus of multivariate functions. Verification of the proposed modeling technology is carried out. Discrepancies in the values of the adopted criteria for assessing the accuracy of the obtained results stay within the permissible errors in solving engineering problems. Using the developed method, the studies were conducted and the influence of the ratio of the internal to external diameter of the ring section on the weight and size characteristics, as well as the behavior of the bending-rigid cable under the action of a short-term dynamic load was revealed.

作者简介

Denis Tarasov

Penza State Technological University

编辑信件的主要联系方式.
Email: tda82@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-7685-0325
SPIN 代码: 7690-5877

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Automation and Control

1a/11, Baydukova proezd/Gagarina St, Penza, 440039, Russian Federation

参考

  1. Mei L., Wang Q. Structural optimization in civil engineering: a literature review. Buildings. 2021;11(2):66. http://doi.org/10.3390/buildings11020066 EDN: RJHRXX
  2. Zhang H., Lu J., Li Na. Study on internal force optimization and control of a Levy cable dome. Journal of Constructional Steel Research. 2024;221:108868. http://doi.org/10.1016/j.jcsr.2024108868 EDN: RRLMWT
  3. Zhao L., Cao Zh., Wang Zh., Fan F. Initial prestress design and optimization of cable-stiffened latticed shells. Journal of Constructional Steel Research. 2021;184:106759. http://doi.org/10.1016/j.jcsr.2021.106759 EDN: MHNWTF
  4. Sernizon Costa R., Cesar Campos Lavall A., Gomes Lanna Da Silva R., Porcino dos Santos A., Francisco Viana H. Cable structures: An exact geometric analysis using catenary curve and considering the material nonlinearity and temperature effect. Engineering Structures. 2022;253:113738. http://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.113738 EDN: LWEHYS
  5. Li F., Wu Ju., Arbabi F., Liu Sh. A semi-analytical formulation for suspended cables with singularity method. Engineering Structures. 2023;295:116809. http://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.116809 EDN: FMQGVX
  6. Alshannaq A.A., Tamimi M.F., Abu Qamar Mu.A.I. Sensitivity and optimization analysis of torsional behavior in multicellular thin-walled tubes. Civil Engineering Journal. 2024;10(9):2902–2918. http://doi.org/10.28991/cej-2024-010-09-09 EDN: WQAJPN
  7. Yin L., Deng T., Niu Yu, Li Zh. Free-form shape optimization of advanced high-strength steel members. Buildings. 2022;12(12):2101. http://doi.org/10.3390/buildings12122101 EDN: BXLMUD
  8. El Ouardani A., Tbatou T. Seismic isolators layout optimization using genetic algorithm within the pymoo framework. Civil Engineering Journal. 2024;10(8):2517–2535. http://doi.org/10.28991/cej-2024-010-08-07 EDN: AEADOM
  9. Lee D., Shon S., Lee S., Ha Ju. Size and topology optimization of truss structures using quantum-based HS algorithm. Buildings. 2023;13(6):1436. http://doi.org/10.3390/buildings13061436 EDN NSTKBZ
  10. Stulpinas M., Daniūnas A. Optimization of cold-formed thin-walled cross-sections in portal frames. Buildings. 2024;14(8):2565. http://doi.org/10.3390/buildings14082565 EDN: LOMRGO
  11. Li P., Zhao X., Ding D., Li X., Zhao Ya., Ke Lu., Zhang X., Jian B. Optimization Design for steel trusses based on a genetic algorithm. Buildings. 2023;13(6):1496. http://doi.org/10.3390/buildings13061496 EDN: VIMFUG
  12. Akhtyamova L.Sh., Yaziev B.M., Chepurnenko A.S., Sabitov L.S. Trihedral lattice supports geometry optimization according to the stability criterion. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2022;18(4):317–328. (In Russ.) http://doi.org/10.22363/1815-5235-2022-18-4-317-328 EDN: UZSBNA
  13. Marutyan A.S. I-beam bent-welded profiles and calculation of their optimal parameters. Structural Mechanics and Analysis of Constructions. 2020;(2):67–76. (In Russ.) http://doi.org/10.37538/0039-2383.2020.2.67.76 EDN: AOBCTX
  14. Yurchenko V.V., Peleshko I.D., Biliaiev N.A. Application of gradient projection method to parametric optimization of steel lattice portal frame. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2021;17(3):132–156. http://doi.org/10.22337/2587-9618-2021-17-3-132-156 EDN: OCTTSX
  15. Bazhin G.M. Optimal dimensions of steel welded beams with hinged support units. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2023;18(11):1731–1744. (In Russ.) http://doi.org/10.22227/1997-0935.2023.11.1731-1744 EDN: XVGPCB
  16. Kiselev V.G., Sergeev O.A., Sergeeva S.A., Komarova E.I. Planar topological optimization under static and kinematic influences. Problems of strength and plasticity. 2023;85(3):323–339. (In Russ.) http://doi.org/10.32326/1814-9146-2023-85-3-323-339 EDN: XLOWWB
  17. Tarasov D.A. Numerical and experimental study of the behavior of protective structures under impact. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2024;19(5):729–739. (In Russ.) http://doi.org/10.22227/1997-0935.2024.5.729-739 EDN: PKDUYI
  18. Kuzhakhmetova E.R. Stress-strain state cylinder-plate-cable-stayed roof buildings (structures) with various forms of external support contour. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2020;16(2):95–110. (In Russ.) http://doi.org/10.22363/1815-5235-2020-16-2-95-110 EDN: RUOFTA
  19. Zhao Zh., Kang Z., Zhang T., Zhao B., Zhang D., Yan R. Topology optimization algorithm for spatial truss based on numerical inverse hanging method. Journal of Constructional Steel Research. 2024;219:108764. http://doi.org/10.1016/j.jcsr.2024.108764 EDN: BZNQCA
  20. Bryukvin A.V., Bryukvina O.Y. Strain energy method for solving wave problems of a flexible thread. Engineering Journal: Science and Innovation. 2020;(5):1. (In Russ.) http://doi.org/10.18698/2308-6033-2020-5-1977 EDN: NZDMQR
  21. Averin A.N. Calculation models of flexible threads. News of Higher Educational Institutions. Construction. 2020;(9):5–19. (In Russ.) http://doi.org/10.32683/0536-1052-2020-741-9-5-19 EDN: YFKYTO
  22. Tarasov D.A. Application of THE bubnov-galerkin method to analyze the behavior of a flexurally rigid thread under transverse impact. Structural Mechanics and Analysis of Constructions. 2024;(2):26–32. (In Russ.) http://doi.org/10.37538/0039-2383.2024.2.26.32 EDN: FFJRGA
  23. Mishchenko V.V. Parametric equation for a catenary to calculate flexible thread. Structural Mechanics and Analysis of Constructions. 2020;(4):40–46. (In Russ.) http://doi.org/10.37538/0039-2383.2020.4.40.46 EDN: PCVOUC
  24. Mishchenko V.V. Applied problems of suspension of heavy flexible thread in general. Structural Mechanics and Analysis of Constructions. 2022;(1):59–65. http://doi.org/10.37538/0039-2383.2022.1.59.65 EDN: HFBNAH
  25. Lyakhovich L.S., Akimov P.A., Tukhfatullin B.A. Assessment criterion for optimum design solutions of piecewise constant sections in rods of rectangular cross-section with stability or first eigen-frequency limits. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta — Journal of Construction and Architecture. 2020;22(1):75–91. (In Russ.) http://doi.org/10.31675/1607-1859-2020-22-1-75-91 EDN: YOAVPD
  26. Wang Z., Tsavdaridis K.D. Optimality criteria-based minimum-weight design method for modular building systems subjected to generalised stiffness constraints: A comparative study. Engineering Structures. 2022;251:113472. http://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.113472 EDN: OEHRVD
  27. Kabanov S.A., Zimin B.A., Mitin F.V. Development and research of mathematical models of deployment of mobole parts of transformable space construction. Part II. Mechatronics, Automation, Control. 2020;21(2):117–128. (In Russ.) http://doi.org/10.17587/mau.21.117-128 EDN: ATZCEN
  28. Sufiyanov V.G., Kljukin D.A., Rusyak I.G. The Nelder-Meade method for solving the problem of optimizing the geometric shape of an automatic cannon barrel to improve oscillatory characteristics. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2023;25(4):121–131. (In Russ.) http://doi.org/10.37313/1990-5378-2023-25-4-121-131 EDN: RBKFKX

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».