Многокритериальная оптимизация металлоконструкции архитектурного элемента

1. St.Petersburg State Polytechnical University
Computational Mechanics Laboratory
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
1
Многокритериальная оптимизация
металлоконструкции архитектурного элемента

2. St.Petersburg State Polytechnical University
Computational Mechanics Laboratory
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
2
Характеристики конструкции
• стальная тонкостенная конструкция
• треугольный профиль
• длинная стороны треугольника 10 − 100 см
• 5 сегментов

3. St.Petersburg State Polytechnical University
Computational Mechanics Laboratory
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
3
Постановка задачи оптимизации
• материал конструкции – сталь
• стандарты ANSI/ASCE 7-88 и ANSI A58.1-82
• скорость ветра 31,65 м/с
• основание конструкции заделано 4 точках
• линейная постановка
Восьми узловые оболочечные элементы
Элементов 18 961
Узлов 56 948
Степеней свободы 170 844

4. St.Petersburg State Polytechnical University
Computational Mechanics Laboratory
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
4
Постановка задачи
Параметры проектирования:
• толщины оболочек в секциях (5 шт.)
Ограничения:
• Ϭ ≤ 300 МПа
Критерии оптимизации:
• минимизация массы
• минимизация перемещений
Параметрическая модель и расчеты: ANSYS
Многокритериальная оптимизация: IOSO NM

5. St.Petersburg State Polytechnical University
Computational Mechanics Laboratory
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
5
Алгоритм IOSO NM
На каждой
итерации
• построение поверхностей отклика (метамодель)
• оптимизация поверхностей отклика
• обращение к математической модели
Между
итерациями
• модификация плана эксперимента
• адаптивное изменение текущей области поиска
• выбор типа (глобальная или локальная) поверхности отклика
• уточнение поверхности отклика
• модификация параметров и структуры алгоритма оптимизации

6. St.Petersburg State Polytechnical University
Computational Mechanics Laboratory
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
6
Множество Парето
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0
Максимальныеперемещения,м
Масса конструкции, т
• 300 реализуемых итераций
• 33 Парето оптимальных решения
• перемещения больше 3,5 м недопустимы
• масса конструкции больше 6 тонн не желательная

7. St.Petersburg State Polytechnical University
Computational Mechanics Laboratory
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
7
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0
Максимальныеперемещения,
м
Масса конструкции, т
Характерные реализации конструкции

8. St.Petersburg State Polytechnical University
Computational Mechanics Laboratory
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
8
Выводы
• Построена параметрическая модель конструкции (ANSYS)
• Учтена ветровая нагрузка согласно стандартам ANSI/ASCE 7-88 и ANSI A58.1-82
• Проведена многокритериальная оптимизация (IOSO NM)
• Полученные результаты могут быть использованы конструкторами и архитекторами

9. St.Petersburg State Polytechnical University
Computational Mechanics Laboratory
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
9
Спасибо за внимание!