Оптимальные оболочки вращения и основные критерии оптимальности

Цели. Критерий оптимальности - признак, на основании которого производится сравнительная оценка возможных альтернатив и выбор наилучшего решения. Критерием выбора оптимальной формы оболочки вращения может быть ее стоимость, минимальный вес, отсутствие изгибающих моментов и растягивающих нормальных усилий, заданное напряженное состояние для действующей внешней нагрузки, заданная несущая способность при оптимальной пологости, максимальная внешняя нагрузка, минимальный вес при ограничениях на значения собственной частоты колебаний и максимальных перемещений, отсутствие изгибающих моментов при учете внутреннего давления, собственного веса и центробежных сил, максимум критической нагрузки и многое другое. Выбрать приемлемый критерий оптимальности оболочки вращения - цель настоящего исследования. Методы. В статье представлены основные критерии оптимальности для оболочек вращения и источники получения информации за период с 1970 по 2019 г., что поможет изучить предшествующие результаты по использованию критериев оптимальности и приступить к дальнейшим изысканиям. Однако единого подхода к определению оптимальной оболочки вращения нет и, повидимому, не будет. Для каждого конкретного случая нагружения, или распределения напряжений по толщине, или требований к отношению объема и площади поверхности рассматриваемой оболочки, к учету различного вида расходов и других требований необходимы свои критерии оптимальности. Результаты. Впервые представлены 24 критерия оптимальности, применяемые для оболочек вращения. Указаны ученые, предложившие эти критерии, и даны соответствующие ссылки на 45 источников информации, в которых описываются рассматриваемые критерии. Показано, что принципы, положенные в основу оптимального проектирования, должны быть изложены с помощью языка, понятного компьютерам. Используя материалы статьи, проектировщики могут выбрать критерии для своего собственного проекта оптимальной формы оболочки.

Optimal shells of revolution and main optimizations

Introduction. Optimization is a criterion, on the ground of which, comparative estimation of possible alternatives and selection of the best decisions is carried out. Cost of a shell, its minimum weight, absence of bending moments and tensile normal stresses, given stress state for acting external load, given bearing capacity when optimal shallowness, maximum external load, minimum weight under limitation on the value of natural frequencies of vibration and maximum displacements, absence of bending moments with taking into account internal pressure, dead weight, and centrifugal forces; maximum of critical force and something else can be criterion of selection of optimal shape of shell of revolution. Methods. The main criteria of optimality for shells of revolution and information sources for the 1970-2019 periods are presented in a paper. It will help to study previous results devoted to using optimizations and to set about further investigation. But there is no single approach to the definition of optimal shell of revolution and obviously will not be, because own optimizations are necessary for every concrete case of loading, or distribution of stresses along the thickness, or under the demands to the ratio of the volume and area of considered shell, or with due regard for different kind of expenses, and other demands. Results. For the first time, 24 criteria of optimality only for shells of revolution were discovered. The names of scientists offered presented criteria of optimality and the 45 references dealing with this question are pointed out. It is shown that principles put in the basis of optimal design and criteria of optimality must be given with the help of language quite naturally for computer. Having used optimi- For citation Krivoshapko S.N. (2019). Optimal shells of revolution and main optimizations. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings, 15 (3), 201-209. http://dx.doi.org/ 10.22363/1815-5235-2019-15-3-201-209 zations presented in the paper, designers can choose the criterion for their own design of optimal shell shape. Study of the prerequisites of the structural solutions in building and machine-building, the history of the development and perfecting of technologies of erection of shells of revolution will permit to generalize the experience accumulated by designers and to develop new fundamental solutions. Otherwise, architects, structural engineers, and designers will be repeating the achieved solutions in building, architecture, and machine-building.