Оптимизация формы трехгранных решетчатых опор по критерию устойчивости

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Предлагается методика оптимизации трехгранных решетчатых башенных сооружений из условия максимума критической нагрузки. Рассматриваются башни с поперечным сечением элементов в виде круглых труб. Нагрузка представлена горизонтальной сосредоточенной силой на вершине башни, моделирующей работу ветроэнергетической установки. Вводится ограничение на постоянство массы сооружения. В качестве варьируемых параметров выступают ширина башни, которая меняется по высоте, высоты панелей, внешние диаметры поперечного сечения поясов и решетки. Решение задачи нелинейной оптимизации выполняется численно в среде MATLAB при помощи пакетов Optimization Toolbox и Global Optimization Toolbox. В качестве начального приближения принимается башня постоянной ширины. Вычисление критической нагрузки выполняется методом конечных элементов в линейной постановке путем решения проблемы собственных значений. Для решения задачи нелинейной оптимизации используется метод внутренней точки, метод шаблонного поиска и генетический алгоритм. Производится сравнение эффективности перечисленных методов. Установлено, что наибольшей эффективностью обладает метод внутренней точки. Критическая нагрузка для оптимальной башни по сравнению с башней постоянной ширины при той же массе возросла в 2,3 раза.

Об авторах

Лейсан Шамилевна Ахтямова

Донской государственный технический университет

Email: leisan21@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0480-9811

аспирант, кафедра сопротивления материалов

Российская Федерация, 344000, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1

Батыр Меретович Языев

Донской государственный технический университет; Казанский федеральный университет

Email: ps62@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5205-1446

доктор технических наук, профессор кафедры сопротивления материалов, Донской государственный технический университет; главный научный сотрудник, Институт дизайна и пространственных искусств, Казанский федеральный университет

Российская Федерация, 344000, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1; Российская Федерация, 420008, Казань, ул. Кремлевская, д. 18

Антон Сергеевич Чепурненко

Донской государственный технический университет; Казанский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: anton_chepurnenk@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9133-8546

доктор технических наук, профессор кафедры сопротивления материалов, Донской государственный технический университет; главный научный сотрудник, Институт дизайна и пространственных искусств, Казанский федеральный университет

Российская Федерация, 344000, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1; Российская Федерация, 420008, Казань, ул. Кремлевская, д. 18

Линар Салихзанович Сабитов

Казанский федеральный университет; Казанский государственный энергетический университет

Email: sabitov-kgasu@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7381-9752

доктор технических наук, профессор кафедры «Конструктивно-дизайнерское проектирование», Казанский федеральный университет; профессор кафедры «Энергообеспечение предприятий, строительство зданий и сооружений», Казанский государственный энергетический университет

Российская Федерация, 420008, респ. Татарстан, Казань, ул. Кремлевская, 18; Российская Федерация, 420066, Казань, ул. Красносельская, д. 51

Список литературы

  1. Shu Q., Huang Z., Yuan G., Ma W., Ye S., Zhou J. Impact of wind loads on the resistance capacity of the transmission tower subjected to ground surface deformations. Thin-Walled Structures. 2018;131:619-630. https://doi.org/10.1016/j.tws.2018.07.020
  2. Yuan G., Yang B., Huang Z., Tan X. Experimental study on the stability of the transmission tower with hybrid slab foundation. Engineering Structures. 2018;162:151-165. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.01.066
  3. Xie Q., Zhang J. Experimental study on failure modes and retrofitting method of latticed transmission tower. Engineering Structures. 2021;226:111365. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.111365
  4. Tian L., Pan H., Ma R., Zhang L., Liu Z. Full-scale test and numerical failure analysis of a latticed steel tubular transmission tower. Engineering Structures. 2020;208:109919. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.109919
  5. Singh V.K., Gautam A.K. Study on evaluation of angle connection for transmission towers. International Conference on Advances in Structural Mechanics and Applications. Cham: Springer; 2022. p. 353-363. https://doi.org/10.1007/978-3-031-04793-0_27
  6. Axisa R., Muscat M., Sant T., Farrugia R.N. Structural assessment of a lattice tower for a small, multi-bladed wind turbine. International Journal of Energy and Environmental Engineering. 2017;8(4):343-358. https://doi.org/10.1007/s40095-017-0239-3
  7. Zwick D., Muskulus M., Moe G. Iterative optimization approach for the design of full-height lattice towers for offshore wind turbines. Energy Procedia. 2012;24:297-304. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.06.112
  8. Chew K.H., Tai K., Ng E.Y.K., Muskulus M. Optimization of offshore wind turbine support structures using an analytical gradient-based method. Energy Procedia. 2015;80:100-107. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.11.412
  9. Das A. Modelling and analysis of lattice towers for wind turbines. International Journal of Science and Research. 2015;4(4):999-1003.
  10. Stavridou N., Koltsakis E., Baniotopoulos C. Structural analysis and optimal design of steel lattice wind turbine towers. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Structures and Buildings. 2019;172(8):564-579. https://doi.org/10.1680/jstbu.18.00074
  11. Badertdinov I.R., Kuznetsov I.L., Sabitov L.S. Development and study of lattice trihedral supports. In: Laskov N.N. (ed.) Effective Building Structures: Theory and Practice: Collection of Articles of the XIV International Scientific and Technical Conference. Penza; 2014. p. 15-17. (In Russ.)
  12. Zolotukhin S.N., Kalashnikova E.Yu. Analysis of the constructive form of radio relay antenna supports. Scientific Bulletin of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering: Materials of the Interregional Scientific-Practical Conference “High Technologies in Ecology.” 2011;1:34-38. (In Russ.)
  13. Gorokhov E.V., Vasylev V.N., Alekhin A.M., Yagmur A.A. Analysis of the constructive form of radio relay antenna supports. Metall Constructions. 2010;16(1):41-50. (In Russ.)
  14. Feng R.Q., Liu F.C., Xu W.J., Ma M., Liu Y. Topology optimization method of lattice structures based on a genetic algorithm. International Journal of Steel Structures. 2016;16(3):743-753.
  15. Jovašević S., Mohammadi M.R.S., Rebelo C., Pavlović M., Veljković M. New lattice-tubular tower for onshore WEC. Part 1. Structural optimization. Procedia Engineering. 2017;199:3236-3241.
  16. Fu J.Y., Wu B.G., Wu J.R., Deng T., Pi Y.L., Xie Z.N. Wind resistant size optimization of geometrically nonlinear lattice structures using a modified optimality criterion method. Engineering Structures. 2018;173:573-588.
  17. Badertdinov I.R., Kuznetsov I.L., Kashapov N.F., Gilmanshin I.R., Sabitov L.S. Optimal geometrical parameters of trihedral steel support’s cross section. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018;412(1):012005. https://doi.org/10.1088/1757-899X/412/1/012005
  18. Chepurnenko A.S., Sabitov L.S., Yazyev B.M., Galimyanova G.R., Akhtyamova L.Sh. Trihedral lattice towers with optimal cross-sectional shape. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021;1083(1):012012. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1083/1/012012
  19. Byrd R.H., Hribar M.E., Nocedal J. An interior point algorithm for large-scale nonlinear programming. SIAM Journal on Optimization. 1999;9(4):877-900. https://doi.org/10.1137/S1052623497325107
  20. Kolda T.G., Lewis R.M., Torczon V. A generating set direct search augmented Lagrangian algorithm for optimization with a combination of general and linear constraints. Technical Report SAND2006-5315. Sandia National Laboratories; 2006. https://doi.org/10.2172/893121
  21. Serpik I.N. Optimization of reinforced concrete frames taking into account the multivariance of loading. Construction and Reconstruction. 2012;39(1):33-39. (In Russ.)
  22. Alekseytsev A.V., Serpik I.N. Optimization of flat farms based on genetic search and iterative triangulation procedure. Construction and Reconstruction. 2011;(2):3. (In Russ.)
  23. Serpik I.N., Leletko A.A., Alekseytsev A.V. Evolutionary synthesis of metal flat frames in the case of bearing capacity assessment using the limit equilibrium method. News of Higher Educational Institutions. Construction. 2007;(8): 4-9. (In Russ.)
  24. Akhtyamova L.Sh., Chepurnenko A.S., Rozen M.N., Al-Wali E. Trihedral lattice towers geometry optimization. E3S Web of Conferences. 2021;281:01024. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202128101024

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).