<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE root>
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/" article-type="research-article" dtd-version="1.2" xml:lang="en"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="en">Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings</journal-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Строительная механика инженерных конструкций и сооружений</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn publication-format="print">1815-5235</issn><issn publication-format="electronic">2587-8700</issn><publisher><publisher-name xml:lang="en">Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="publisher-id">44562</article-id><article-id pub-id-type="doi">10.22363/1815-5235-2025-21-1-37-47</article-id><article-id pub-id-type="edn">IQCXLS</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en"><subject>Thin Elastic Shells Theory</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru"><subject>Теория тонких упругих оболочек</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="article-type"><subject>Research Article</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title xml:lang="en">Determination of Optimal Cylindrical Shells in the Form of Second-Order Surfaces</article-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Определение оптимальных цилиндрических оболочек в форме поверхностей второго порядка</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0003-4023-156X</contrib-id><contrib-id contrib-id-type="spin">3110-9909</contrib-id><name-alternatives><name xml:lang="en"><surname>Ivanov</surname><given-names>Vyacheslav N.</given-names></name><name xml:lang="ru"><surname>Иванов</surname><given-names>Вячеслав Николаевич</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="en"><p>Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Construction Technology and Structural Materials, Engineering Academy</p></bio><bio xml:lang="ru"><p>доктор технических наук, профессор кафедры технологий строительства и конструкционных материалов, инженерная академия</p></bio><email>i.v.ivn@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"/></contrib><contrib contrib-type="author"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0001-8832-6790</contrib-id><contrib-id contrib-id-type="spin">8550-4986</contrib-id><name-alternatives><name xml:lang="en"><surname>Aleshina</surname><given-names>Olga O.</given-names></name><name xml:lang="ru"><surname>Алёшина</surname><given-names>Ольга Олеговна</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="en"><p>Candidate of Technical Sciences, Assistant of the Department of Construction Technology and Structural Materials, Engineering Academy</p></bio><bio xml:lang="ru"><p>кандидат технических наук, ассистент кафедры технологий строительства и конструкционных материалов, инженерная академия</p></bio><email>xiaofeng@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"/></contrib><contrib contrib-type="author"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-4906-5919</contrib-id><name-alternatives><name xml:lang="en"><surname>Larionov</surname><given-names>Evgeny A.</given-names></name><name xml:lang="ru"><surname>Ларионов</surname><given-names>Евгений Алексеевич</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="en"><p>Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Construction Technology and Structural Materials, Engineering Academy</p></bio><bio xml:lang="ru"><p>доктор технических наук, профессор кафедры технологий строительства и конструкционных материалов, инженерная академия</p></bio><email>evgenylarionov39@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff1"><aff><institution xml:lang="en">RUDN University</institution></aff><aff><institution xml:lang="ru">Российский университет дружбы народов</institution></aff></aff-alternatives><pub-date date-type="pub" iso-8601-date="2025-04-25" publication-format="electronic"><day>25</day><month>04</month><year>2025</year></pub-date><volume>21</volume><issue>1</issue><issue-title xml:lang="en"/><issue-title xml:lang="ru"/><fpage>37</fpage><lpage>47</lpage><history><date date-type="received" iso-8601-date="2025-06-11"><day>11</day><month>06</month><year>2025</year></date></history><permissions><copyright-statement xml:lang="en">Copyright ©; 2025, Ivanov V.N., Aleshina O.O., Larionov E.A.</copyright-statement><copyright-statement xml:lang="ru">Copyright ©; 2025, Иванов В.Н., Алёшина О.О., Ларионов Е.А.</copyright-statement><copyright-year>2025</copyright-year><copyright-holder xml:lang="en">Ivanov V.N., Aleshina O.O., Larionov E.A.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="ru">Иванов В.Н., Алёшина О.О., Ларионов Е.А.</copyright-holder><ali:free_to_read xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/"/><license><ali:license_ref xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/">https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0</ali:license_ref></license></permissions><self-uri xlink:href="https://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/44562">https://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/44562</self-uri><abstract xml:lang="en"><p>Thin shells with cylindrical and conical middle surfaces are most popular. Many shell-type structures have been built in the form of rotational and translational surfaces, for which there are several dozen optimality criteria. Hyperbolic, parabolic, elliptic, and circular cylindrical roofs with rectangular base are considered, for which, as evidenced by thorough literature review, there is no comparative analysis of strength, stability, and dynamics. Nevertheless, architects are already trying to expand the classification range of ruled middle surfaces of zero Gaussian curvature with a rectangular base by including torse surfaces. Five thin cylindrical shells outlined by second-order algebraic surfaces with different generating plane curves are studied. The stress-strain state of hyperbolic, parabolic, elliptic and circular cylindrical roofs with rectangular base subjected to static load of self-weight type is investigated. The roofs have the same dimensions of the base, the same height, thickness and structural material, that is, a comparative calculation is performed. It is established that the smallest (maximum) membrane stresses occur in the ellipsoidal shell with an incomplete half-ellipse, and the smallest (maximum) bending and equivalent stresses occur in the parabolic cylindrical shell, which is confirmed by the results of previously performed calculations using the analytical momentless theory. Therefore, it is recommended to use ellipsoidal cylindrical shells with an incomplete half-ellipse in cross-section for building structures. Currently, almost all problems of structural mechanics of shells are solved by numerical methods, therefore, the displacement-based finite element method was chosen to solve this problem.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="ru"><p>Тонкие оболочки со срединными цилиндрическими и коническим поверхностями пользуются наибольшей популярностью. Построено множество сооружений оболочечного типа в форме поверхностей вращения и поверхностей переноса, для которых имеется несколько десятков критериев оптимальности. Рассмотрены гиперболические, параболические, эллиптические и круговые цилиндрические своды на прямоугольных планах, для которых, как показало тщательное изучение опубликованных источников, отсутствуют сравнительные расчеты на прочность, устойчивость и динамику, хотя архитекторы уже пытаются расширить номенклатуру срединных поверхностей линейчатых оболочек нулевой гауссовой кривизны на прямоугольном плане за счет торсовых поверхностей. Исследованы пять тонких цилиндрических оболочек, очерченных по алгебраическим поверхностям второго порядка с разными образующими плоскими кривыми. Изучено напряженно-деформированное состояние гиперболического, параболического, эллиптического и кругового цилиндрических сводов на прямоугольных планах от действия статической нагрузки типа собственного веса при одинаковых размерах в плане, одинаковых стрел подъема, толщин и конструктивных материалов оболочек, то есть выполнен сравнительный расчет. Установлено, что наименьшие (максимальные) тангенциальные напряжения возникают в эллипсоидальной оболочке с неполным полуэллипсом, а наименьшие (максимальные) изгибные и суммарные напряжения возникают в параболической цилиндрической оболочке, что подтверждают результаты расчетов, ранее выполненных исследователями по аналитической безмоментной теории. Следовательно, в строительных конструкциях желательно использовать эллипсоидальные цилиндрические оболочки с неполным полуэллипсом в поперечном сечении. В настоящее время практически все задачи строительной механики оболочек решаются численными методами, поэтому для решения поставленной задачи был выбран метод конечного элемента в перемещениях.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="en"><kwd>algebraic surfaces of the second order</kwd><kwd>thin shell</kwd><kwd>hyperbolic cylindrical shell</kwd><kwd>parabolic cylindrical shell</kwd><kwd>circular cylindrical shell</kwd><kwd>elliptic</kwd><kwd>cylindrical shell</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>алгебраические поверхности второго порядка</kwd><kwd>тонкая оболочка</kwd><kwd>гиперболическая цилиндрическая оболочка</kwd><kwd>параболическая цилиндрическая оболочка</kwd><kwd>круговая цилиндрическая оболочка</kwd><kwd>эллиптическая цилиндрическая оболочка</kwd></kwd-group><funding-group/></article-meta></front><body></body><back><ref-list><ref id="B1"><label>1.</label><mixed-citation>Vekariya M.S., Makwana E.A.H. A Review on Thin-shell Structures: Advances and Trends. International Journal of Research Publication and Reviews. 2021;2(12):1593-1608. ISSN 2582-7421</mixed-citation></ref><ref id="B2"><label>2.</label><mixed-citation>Martínez M.M., Valiente E.E. Las Bóvedas Cilíndricas y Su Evolución Hasta Las Cáscaras Cilíndricas Largas De Cubierta De Félix Candela. Análisis Geométrico y Mecanico. EGA Revista de expresión gráfica arquitectónica. 2017; 22(30):160. https://doi.org/10.4995/EGA.2017.7846</mixed-citation></ref><ref id="B3"><label>3.</label><mixed-citation>Peseke H., Grohmann M., Bollinger K. The Grossmarkthalle (wholesale market hall) in Frankfurt/Main. An early reinforced concrete shell structure. Proceedings of the IASS Symposium 2009, Valencia, 28 September - 2 October 2009, Universidad Politecnica de Valencia, Spain, 2010.</mixed-citation></ref><ref id="B4"><label>4.</label><mixed-citation>Martínez M., Valiente E., Gonzalez-Fierro G., Kevin M.G. The preservation of the architectural heritage of the twentieth century: the laminar structures of reinforced concrete. Conference: XVI International Forum. World heritage and knowledge. Capri, Italia, 2018.</mixed-citation></ref><ref id="B5"><label>5.</label><mixed-citation>Pedreschi R., Theodossopoulos D. The double-curvature masonry vaults of Eladio Dieste. Proceedings of The Institution of Civil Engineers-structures and Buildings. 2007;160(1):3-11. https://doi.org/10.1680/stbu.2007.160.1.3</mixed-citation></ref><ref id="B6"><label>6.</label><mixed-citation>Florio Wilson (2019). Investigations on the Design Process of Eladio Dieste: 3D Parametric Modelling of Modern Latin American Architectural Heritage. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2019;XLII-2/W15:775-782. https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLII-2-W15-775-2019</mixed-citation></ref><ref id="B7"><label>7.</label><mixed-citation>Galindo-Díaz J. Cylindrical shells in Colombian architecture in the 20th century. Revista de Arquitectura. 2018; 20(2):36-50. http://doi.org/10.14718/RevArq.2018.20.2.2057</mixed-citation></ref><ref id="B8"><label>8.</label><mixed-citation>Martínez M. Application of the beam method to structural calculation of the long cylindrical concrete shells in the work of Felix Candela. Revista de la construcción. 2019;18:145-155. http://doi.org/10.7764/RDLC.18.1.134</mixed-citation></ref><ref id="B9"><label>9.</label><mixed-citation>Ganendra B., Prabowo A., Muttaqie T., Adiputra R., Ridwan R., Fajri A., Thang Do Q., Carvalho H., Baek S. Thinwalled cylindrical shells in engineering designs and critical infrastructures: A systematic review based on the loading response. Curved and Layered Structures. 2023;10(1):20220202. https://doi.org/10.1515/cls-2022-0202 EDN: XYJUCO</mixed-citation></ref><ref id="B10"><label>10.</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="en">Bakusov P.A., Semenov A.A. Analysis of the stability of the computational algorithm to a change in the geometric parameters of cylindrical shell structures. PNRPU mechanics bulletin. 2021;(1):12-21. (In Russ.) https://doi.org/10.15593/ perm.mech/2021.1.02 EDN: ZIPFYC</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="ru">Бакусов П.А., Семенов А.А. Анализ устойчивости вычислительного алгоритма к изменению геометрических параметров цилиндрических оболочечных конструкций // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2021. № 1. С. 12-21. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2021.1.02 EDN: ZIPFYC</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="B11"><label>11.</label><mixed-citation>Soldatos K.P. Review of three dimensional analysis of circular cylinders and cylindrical shells. Applied Mechanics Reviews. 1994;47(10):501-516. https://doi.org/10.1115/1.3111064 EDN: XROROQ</mixed-citation></ref><ref id="B12"><label>12.</label><mixed-citation>Pasternak H., Li Z., Juozapaitis A., Daniunas A. Ring stiffened cylindrical shell structures: State-of-the-art review. Applied Sciences. 2022;12:11665. https://doi.org/ 10.3390/app122211665 EDN: CBGDOZ</mixed-citation></ref><ref id="B13"><label>13.</label><mixed-citation>Li Y., Wang W., Chen Z. An Innovative failure criterion for metal cylindrical shells under explosive loads. Materials. 2022;15:4376. https://doi.org/10.3390/ma15134376 EDN: FVSLVE</mixed-citation></ref><ref id="B14"><label>14.</label><mixed-citation>Al-Yacouby A.M., Hao L.J., Liew M.S., Ratnayake R.M.C., Samarakoon S.M.K. Thin-walled cylindrical shell storage tank under blast impacts: Finite element analysis. Materials. 2021;14:7100. https://doi.org/10.3390/ma14227100 EDN: DBXXOD</mixed-citation></ref><ref id="B15"><label>15.</label><mixed-citation>Khoa N.D., Thiem H.T., Duc N.D. Nonlinear buckling and postbuckling of imperfect piezoelectric S-FGM circular cylindrical shells with metal-ceramic-metal layers in thermal environment using Reddy’s third-order shear deformation shell theory. Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2019;26(3):248-259. https://doi.org/10.1080/15376494.2017.1341583</mixed-citation></ref><ref id="B16"><label>16.</label><mixed-citation>Eslami G., Kabir M.Z. Multi-objective optimization of orthogonally stiffened cylindrical shells using optimality criteria method. Scientia Iranica. 2015;22(3):717-727.</mixed-citation></ref><ref id="B17"><label>17.</label><mixed-citation>Mohammad M., Seyed D. Effects of material properties and dimensions on buckling behavior of thin-walled cylindrical shell under hydrostatic pressure and axial force using an Abaqus developed plugin. 2024. https://doi.org/10.21203/ rs.3.rs-4920346/v1</mixed-citation></ref><ref id="B18"><label>18.</label><mixed-citation>Wang P., Niu Q., Liu M., Li Z., Cao X., Zhang H. Numerical analysis on natural vibration of cylindrical shell with different cross-section. MATEC Web of Conferences. 2023;380:01015. https://doi.org/10.1051/matecconf/202338001015 EDN: DAQCOH</mixed-citation></ref><ref id="B19"><label>19.</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="en">Karpilovsky V.S., Kriksunov E.Z., Malyarenko A.A., Mikitarenko M.A., Perelmuter A.V., Perelmuter M.A. The SCAD computing complex. Moscow: SCAD SOFT Publ.; 2021. (In Russ.) ISBN 978-5-903683-07-9</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="ru">Карпиловский В.С., Криксунов Э.З., Маляренко А.А., Микитаренко М.А., Перельмутер А.В., Перельмутер М.А. Вычислительный комплекс SCAD. Москва : СКАД СОФТ, 2021. 656 с. ISBN 978-5-903683-07-9</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="B20"><label>20.</label><mixed-citation>Zienkiewicz O.C., Taylor R.L. The finite element method. Vol. 1. The basis. Oxford: Butterworth-Heinemann; 2000. ISBN 0-7506-5049-4</mixed-citation></ref><ref id="B21"><label>21.</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="en">Novozhilov V.V., Chernykh K.F., Mikhailovsky E.I. Linear theory of thin shells. Leningrad: Politechnika Publ.; 1991. (In Russ.) ISBN 5-7325-0127-4</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="ru">Новожилов В.В., Черных К.Ф., Михайловский Е.И. Линейная теория тонких оболочек. Ленинград : Политехника, 1991. 656 с. ISBN 5-7325-0127-4</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list></back></article>
