Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings

Строительная механика инженерных конструкций и сооружений

1815-52352587-8700

Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)

34425

10.22363/1815-5235-2023-19-1-84-93

GFIGAE

Geometrical investigations of middle surfaces of shells

Геометрия срединных поверхностей оболочек

Research Article

Geometry and static analysis of thin shells in the form of a diagonal translation surface of the velaroidal type

Геометрия и статический расчет тонких оболочек в форме поверхности диагонального переноса велароидального типа

https://orcid.org/0000-0001-8832-6790

8550-4986

Aleshina

Olga O.

Алёшина

Ольга Олеговна

PhD, Assistant, Department of Civil Engineering, Academy of Engineering

кандидат технических наук, ассистент, департамент строительства, Инженерная академия

xiaofeng@yandex.ru

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)Российский университет дружбы народов

30032023

191

VOL 19, NO1 (2023)

ТОМ 19, №1 (2023)

849315042023

2023

Aleshina O.O.

Алёшина О.О.

https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0

https://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/34425

The author presents the results of a study of the geometry and stress-strain state of a surface with a frame of three flat curves in coordinate planes, which have found application today mainly in the shipbuilding industry. The purpose of the work is to identify from the point of view of the stress-strain state from the action of a constant uniformly distributed load the most optimal shell of a diagonal transfer of a velaroidal type with the same main frame of three superellipses. The static calculation was performed using the SCAD program based on the finite element method, designed to perform strength calculations of various types and purposes of structures. The influence of parametric equations for defining a surface depending on the generative family of the same type of cross sections on the distribution pattern of normal stresses and bending moments is shown. The results obtained can help architects and designers with choosing the shape of shells for new projects.

Представлены результаты изучения геометрии и напряженно-деформированного состояния поверхности с каркасом из трех плоских кривых в координатных плоскостях, нашедших на сегодняшний день применение в основном в судостроительной промышленности. Цель исследования - выявление с точки зрения напряженно-деформированного состояния от действия постоянной равномерно распределенной нагрузки оптимальной оболочки диагонального переноса велароидального типа с одинаковым главным каркасом из трех суперэллипсов. Статический расчет выполнен с помощью программы SCAD на базе метода конечных элементов, предназначенной для выполнения прочностных расчетов различного вида и назначения конструкций. Показано влияние параметрических уравнений задания поверхности в зависимости от образующего семейства однотипных сечений на картину распределения нормальных напряжений и изгибающих моментов. Полученные результаты могут помочь архитекторам и конструкторам с выбором формы оболочек для новых проектов.

algebraic surfaceparametric equationssurfacesuperellipsestress-strain statefinite element method

алгебраическая поверхностьпараметрические уравнения поверхностисуперэллипснапряженно-деформированное состояниеметод конечных элементов

Krivoshapko S.N. Algebraic ship hull surfaces with a main frame from three plane curves in coordinate planes. RUDN Journal of Engineering Research. 2022;23(3):207–212. (In Russ.) http://doi.org/10.22363/2312-8143-2022-23-3-207-212

Кривошапко С.Н. Алгебраические судовые поверхности с каркасом из трех плоских кривых в координатных плоскостях // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2022. Т. 23. № 3. С. 207-212. http://doi.org/10.22363/2312-8143-2022-23-3-207-212

Gardner M. “Piet Hein’s Superellipse”, Mathematical Carnival. A new round-up of tantalizers and puzzles from scientific American. New York: Vintage Press; 1977. p. 240–254.

Gardner M. “Piet Hein’s Superellipse”, Mathematical Carnival. A new round-up of tantalizers and puzzles from scientific American. New York: Vintage Press, 1977. Pp. 240-254.

Alborova L.A., Strashnov S.V. Surfaces of congruent sections of pendulum type on cylinders with generatrix superellipses. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2022;18(1):64–72. http://doi.org/10.22363/1815-5235-2022-18-1-64-72

Alborova L.A., Strashnov S.V. Surfaces of congruent sections of pendulum type on cylinders with generatrix superellipses // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2022. Т. 18. № 1. С. 64-72. http://doi.org/10.22363/1815-5235-2022-18-1-64-72

Krivoshapko S.N., Ivanov V.N. Encyclopedia of analytical surfaces. Moscow: Librocom Publ.; 2010. (In Russ.)

Кривошапко С.Н., Иванов В.Н. Энциклопедия аналитических поверхностей. М.: Либроком, 2010. 560 с.

Alborova L.A. Opportunities of velaroidal shells // Engineering Systems – 2020: Proceedings of the Scientific and Practical Conference with International Participation Dedicated to the 60th Anniversary of the Peoples' Friendship University of Russia (vol. 1, pp. 59–65). Moscow: RUDN University; 2020. (In Russ.)

Алборова Л.А. Возможности велароидальных оболочек // Инженерные системы - 2020: труды научно-практической конференции с международным участием, посвященной 60-летию Российского университета дружбы народов: в 2 т. Т. 1. М.: РУДН, 2020. С. 59-65.

Krivoshapko S.N., Gil-Oulbe M. Geometry and strength of a shell of velaroidal type on annulus plan with two families of sinusoids. International Journal of Soft Computing and Engineering. 2013;3(3):71–73.

Krivoshapko S.N., Gil-Oulbe M. Geometry and strength of a shell of velaroidal type on annulus plan with two families of sinusoids // International Journal of Soft Computing and Engineering. 2013. Vol. 3. Issue 3. Pp. 71-73.

Krivoshapko S.N., Alyoshina O.O., Ivanov V.N. Static analysis of shells with middle surfaces containing the main frame from three given superellipses. Structural Mechanics and Analysis of Constructions. 2022;(6):18–27. http://doi.org/10.37538/0039-2383.2022.6.18.27

Кривошапко С.Н., Алёшина О.О., Иванов В.Н. Статический расчет оболочки, очерченной по поверхности с каркасом из трех заданных суперэллипсов в координатных плоскостях // Строительная механика и расчет сооружений. 2022. № 6 (305). С. 18-27. http://doi.org/10.37538/0039-2383.2022.6.18.27

Karnevich V.V. Generating hydrodynamic surfaces by families of Lame curves for modelling submarine hulls. RUDN Journal of Engineering Research. 2022;23(1):30–37. http://doi.org/10.22363/2312-8143-2022-23-1-30-37

Карневич В.В. Построение гидродинамических поверхностей каркасами из кривых Ламе на примере корпуса подводной лодки // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2022. Т. 23. № 1. С. 30-37. http://doi.org/10.22363/2312-8143-2022-23-1-30-37

Karpilovskii V.S., Kriksunov E.Z., Malyarenko A.A., Mikitarenko M.A., Perelmuter A.V., Perelmuter M.A. Computer system SCAD. Moscow: SCAD SOFT; 2021.

Карпиловский В.С., Криксунов Э.З., Маляренко А.А., Микитаренко М.А., Перельмутер А.В., Перельмутер М.А. Вычислительный комплекс SCAD. М.: СКАД СОФТ, 2021. 656 с.

10.

Zienkiewicz O.C., Taylor R.L. The finite element method. Vol. 1. The basis. Oxford: Butterworth-Heinemann; 2000.

Zienkiewicz O.C., Taylor R.L. The finite element method. Vol. 1. The basis. Oxforf: Butterworth-Heinemann, 2000. 707 p.

11.

Aleshina O.O., Ivanov V.N., Cajamarca-Zuniga D. Stress state analysis of an equal slope shell under uniformly distributed tangential load by different methods. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2021;17(1):51–62. http://doi.org/10.22363/1815-5235-2021-17-1-51-62

Алёшина О.О., Иванов В.Н., Кахамарка-Сунига Д. Анализ напряженного состояния оболочки одинакового ската при действии равномерно распределенной касательной нагрузки различными методами // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2021. Т. 17. № 1. С. 51-62. http://doi.org/10.22363/1815-5235-2021-17-1-51-62

12.

Aleshina O., Cajamarca D., Barbecho J. Numerical comparative analysis of a thin-shell spatial structure for the Candela’s Cosmic Rays Pavilion. Advances in the Astronautical Sciences. 2021;174:741–752.

Aleshina O., Cajamarca D., Barbecho J. Numerical comparative analysis of a thin-shell spatial structure for the Candela’s Cosmic Rays Pavilion // Advances in the Astronautical Sciences. 2021. Vol. 174. Pp. 741-752.

13.

Adriaenssens S., Block P., Veenendaal D., Williams C.J. K. Shell structures for architecture: form finding and optimization. London; 2014. http://doi.org/10.4324/9781315849270

Adriaenssens S., Block P., Veenendaal D., Williams C.J.K. Shell structures for architecture: form finding and optimization. London, 2014. 340 p. http://doi.org/10.4324/9781315849270

14.

Mamieva I.А. Ruled algebraic surfaces with a main frame from three superellipses. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2022;18(4):387–395. (In Russ.) https://doi.org/10.22363/1815-5235-2022-18-4-387-395

Мамиева И.А. Линейчатые алгебраические поверхности с главным каркасом из трех суперэллипсов // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2022. Т. 18. № 4. C. 387-395. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2022-18-4-387-395

15.

Mingalimova V.R. Application of the transfer surface for the formation of composite shells. Days of Student Science: Proceedings of the Scientific and Technical Conference on the Results of Research Work of Students of the Institute of Digital Technologies and Modeling in Construction (ICTMS) NRU MGSU. Moscow; 2022. p. 104–107. (In Russ.)

Мингалимова В.Р. Применение поверхности переноса для образования составных оболочек // Дни студенческой науки: сборник докладов научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ студентов Института цифровых технологий и моделирования в строительстве (ИЦТМС) НИУ МГСУ. М., 2022. С. 104-107.

16.

Korotich A.V. Innovative solutions for architectural shells: an alternative to traditional construction. Academic Bulletin UralNIIproekt RAASN. 2015;(4):70–75. (In Russ.)

Коротич А.В. Инновационные решения архитектурных оболочек: альтернатива традиционному строительству // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2015. № 4. С. 70-75.

17.

Mamieva I.А., Gbaguidi-Aisse G.L. Influence of the geometrical researches of rare type surfaces on design of new and unique structures. Building and Reconstruction. 2019;(5):23–34.

Mamieva I.А., Gbaguidi-Aisse G.L. Influence of the geometrical researches of rare type surfaces on design of new and unique structures // Строительство и реконструкция. 2019. № 5 (85). С. 23-34.

18.

Krivoshapko S.N. Shell structures and shells at the beginning of the 21st century. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2021;17(6):553–561. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2021-17-6-553-561

Кривошапко С.Н. Оболочечные структуры и оболочки в начале XXI в. // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2021. Т. 17. № 6. С. 553-561. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2021-17-6-553-561