postgraduate student, Department of Strength of Materials
аспирант, кафедра сопротивления материалов
Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Strength of Materials, Don State Technical University; chief researcher, Institute of Design and Spatial Arts, Kazan Federal University
доктор технических наук, профессор кафедры сопротивления материалов, Донской государственный технический университет; главный научный сотрудник, Институт дизайна и пространственных искусств, Казанский федеральный университет
Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Strength of Materials, Don State Technical University; chief researcher, Institute of Design and Spatial Arts, Kazan Federal University
доктор технических наук, профессор кафедры сопротивления материалов, Донской государственный технический университет; главный научный сотрудник, Институт дизайна и пространственных искусств, Казанский федеральный университет
Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Structural Design, Kazan Federal University; Professor of the Department “Energy Supply of Enterprises, Construction of Buildings and Structures,” Kazan State Power Engineering University
доктор технических наук, профессор кафедры «Конструктивно-дизайнерское проектирование», Казанский федеральный университет; профессор кафедры «Энергообеспечение предприятий, строительство зданий и сооружений», Казанский государственный энергетический университет
The study proposes a technique for optimizing trihedral lattice tower structures from the condition of maximum critical load. Towers with a cross section of elements in the form of round pipes are considered. The load is represented by a horizontal concentrated force at the upper end of the tower, simulating the operation of a wind turbine. A constraint on the constancy of the mass of the structure is introduced. The variable parameters are the width of the tower, which varies in height, the height of the panels, the external diameters of the cross-section of the chords and lattice. The solution of the nonlinear optimization problem is performed in the MATLAB environment using the Optimization Toolbox and Global Optimization Toolbox packages. A tower of constant width is taken as the initial approximation. The calculation of the critical load is performed by the finite element method in a linear formulation by solving the eigenvalue problem. To solve the nonlinear optimization problem, the interior point method, the pattern search method and the genetic algorithm are used. The efficiency of the listed methods is compared. It has been found that the interior point method is the most efficient. The critical load for the optimal tower compared to the tower of constant width with the same mass increased by 2.3 times.
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.