Doctor of Technical Sciences, Consulting Professor of the Department of Construction Technology and Structural Materials, Academy of Engineering
доктор технических наук, профессор-консультант кафедры технологий строительства и конструкционных материалов, инженерная академия
Ph.D., M.Sc., Senior Lecturer in the Department of Civil engineering
доктор философии, магистр наук, старший преподаватель кафедры гражданского строительства
Many numerical methods of analysis of rigid shells, such as the displacement-based finite element method (FEM), finite difference energy method, method of separation of variables, kinematic method of the theory of limit equilibrium, and so on, were proposed and tested until 2000. Most problems of static and dynamic analysis of canonical shells were successfully solved at the same time. All these methods were used actively after the 2000, too. However, new problems began to appear before structural engineers, architects, and builders. These problems are associated with multi-layer shell walls, with the emergence of new composite construction materials, and therefore, with the solution of physically nonlinear problems. Geometricians presented several hundred new forms of middle surfaces of shells, and that is why the need to select optimal forms from several alternatives using criteria of optimality came into existence. The selection of necessary computing software from many of their types began to be a problem. New problems demanded new methods of approach for their solution. In this paper, a critical evaluation of proposed solutions on strength, stability, and vibration analysis of shells was conducted in connection with new problems that appeared after the year 2000. Rigid shells in the form of analytical surfaces, designed using the canon of parametric architecture, were taken as an example. Analytical middle surfaces of shells, which attracted the attention of architects after 2000, are pointed out, and suitable methods of analysis of these shells are noted for the first time. The review was compiled based on 112 fundamental scientific works published after 2000. Other scientific reviews devoted to the investigation of joint problems of geometry, application, and calculation of assembled rigid thin-walled shells with analytical middle surfaces were not found.
Многие численные методы анализа жестких оболочек, такие как метод конечных элементов (МКЭ) в перемещениях, метод конечных разностей энергий, метод разделения переменных, кинематический метод теории предельного равновесия и т.д., предложены и апробированы до 2000 г. Большинство задач статического и динамического анализа канонических оболочек были успешно решены одновременно. Все эти методы активно использовались и после 2000-х гг. Однако перед инженерами-конструкторами, архитекторами и строителями стали возникать новые проблемы, связанные с многослойными стенками оболочек, с появлением новых конструктивных композиционных материалов, а следовательно, и с решением физически нелинейных задач. Геометры представили несколько сотен новых форм средних поверхностей оболочек, и поэтому возникла необходимость выбора оптимальных форм из нескольких аналогов с использованием критериев оптимальности. Выбор необходимых вычислительных комплексов из множества их типов стал проблемой. Новые проблемы требовали новых подходов к их решению. Проведен критический анализ предлагаемых решений по выполнению анализа оболочки на прочность, устойчивость и вибрацию в связи с новыми проблемами, появившимися после 2000го года. В качестве примера взяты жесткие оболочки в виде аналитических поверхностей, спроектированные с использованием канона параметрической архитектуры. Выделены аналитические средние поверхности оболочек, которые привлекли внимание архитекторов после 2000 года, и впервые отмечены подходящие методы анализа этих оболочек. Обзор составлен на основе 112 фундаментальных научных работ, опубликованных после 2000-х годов. Других научных обзоров, посвященных исследованию совместных задач геометрии, применению и расчету сборных жестких тонкостенных оболочек с аналитическими средними поверхностями, авторами найдено не было.