Введение к работе
Актуальность. Один из способов удовлетворения светотехнических требований в архитектурных сооружениях, перекрытых оболочками,- устройство проемов непосредственно в самих оболочках. Поскольку в этом случае форма проема имеет достаточно большую функциональную и эстетическую нагрузку, то правомерно рассматривать задачу о проектировании поверхностей оболочек по заданному опорному контуру, контуру проема и решать ее в режиме оптимизации.
Оптимальнее моделирование рассматривается как трехэтапная задача. Первый этап - разработка метода моделирования, позволяющего получать множество требуемых поверхностей. Второй этап -разработка методов прочностного расчета поверхностей. Третий -непосредственная реализация этапа оптимального проектирования,' т.е. выбор из мнолсестза поверхностей, оптимальных в смысле сформулированных критериев и удовлетворяющих заданные геометрические условия и прочностные характеристики.
Форма поверхности-, инцидентной заданным контурам, является функцией метода, которым осуществляется моделирование, я функцией пзраметроз управления, присущих данному методу. Кроме того, поскольку речь идет о щгаектирезании архитектурных оболочек, то возникает дополнительнее требование, чтобы параметры управления истода моделирования позволяли производить априорную оценку формы будущего архитектурного сооружения с тем, чтобы проектировщик мог лишь на оснозе визуального анатаза назначить пределы изменения параметров управления.
Мопе-'трование искомых поверхностей возможно различными методами. Их анализ показал, что наиболее пригодными для решения данной задачи являются методы моделирования, использующие некоторую базовую поверхность, как фактор, .влияющий на форму моделируемой поверхности. К таким методам можно отнести аппроксимационные методы типа методов Безье и В - сплайнов, в которых форма поверхности зависит от положения точек ориентиров, или метода преобразований.
К недостаткам методов аппроксимации относятся трудность разбиения исхомой поверхности на куски и сложность задания точек ориентиров. В методах же преобразований на основе исходных данных строится аппарат преобразований» включающий в себя, в частности.
її базовую поверхность, которая в этом случае теряет свои управляющие свойства. Поэтов представляется эффективной разработка такого способа, б котором базовая поверхность сала бы полностью независима, а закон преобразования строился по задаази условия-/ ка интерполяционной основе. Это позволило бы получать множество поверхностей, удовлетворяющих заданные условия.
Цель работы. Разработать комплекс методов геометрического моделирования и прочностных расчетов, позволяюаяй осуществлять проектирование в режиме оптимизации поверхност-агі архкг-ектурннх оболочек с отверстиями.
Яля достижения указанной пали в работе (. поставлен: к рс-кекы следующие задачи:
разработать способ формообразование оЗо^очек по згданг.з' краевому контуру поверхности и контурам отверстий, позволяющий поучать разнообразные формы поверхностей и автоматизировать процесс их конструирования.
провести исследование предложенного способа is сзойстб получаемых поверхностей.
разработать алгоритмы конструирования поверхностей, предусматривающие различные способы задания контуров и сети различна! конфигурации.
развить метод теории предельного равновесия для оболочек с о?' верстиями при различных условиях слипания.
сформулировать задачи, создать алгоритм и программы оптимально го проектирования оболочек с отверстиями с учетом акономячееккх прочностных и функциональных требований.
создать программное обеспечение для реализации предложенных ме тодов на ЭВМ в виде пакета прикладных програми.
решить задачи оптимального проектирования оболочек с ззданньш отверстиями из однородного материала к из железобетона.
внедрить результаты исследований в проектирование реальных объектов строительства.
Нетодика исследований. Решение представленных задач ocj ществляется на основе методов аналитической, диф?«5ренциальной вычислительной геометрии, математического анализа, дискретної моделирования поверхностей на ЭВМ, исследования несущей стюсо; ности и оптимального проектирования.
Теоретической базой для настоящих исследований послужили рг
5оты ведущих ученых:
в области геометрического моделирования поверхностей архитектурных и технических форм: Бадаева Ю.И., Иванова Г.С, Ковалева С.Н., Котоза И.И., Нихайленко В.Е., Найшли В.М., Павлова !LB., Обуховой З.С., Подгорного А.Л., Полозова B.C., Рыжова Н.Н., Скидана И.А., Якунина В.И. и их учеников;
з области исследования несущей способности и оптимального проектирования архитектурных оболочек покрытий: Акбердяна Т.Ж., Атхсчшзса D.D., Ахвледиани Н.В., Байнатова Я.Б., Бастатского Б.Н., Габбасоза Р.Ф., Гвоздева А.А., Даниелашвили Я.А., Дехтяря А.С, їрхова М.И., Калакты С.А., Краковского М.Б., Леллепа Я.А., Лепикя Ю.Р., Расскаэова А.О., Ряаницына А.Р., Сабалакова М.М., Тираса А.А., Иугаеза В.В. и других.
при создании методов моделирования на основе трансверсаяьных поверхностей, были использованы теоретические исследования, выполненные Дарбу Г., ЗЯзеяхартом, Лейном Л., Зернышкиным Л.А., Финкйковк.- СП., и прикладные разработки, выполненные Подгсрнын А,Л., Ослином И.А., Сеялепкой Н.И..
Наглело новизну работа составляют:
-
Способ формирования поверхностей оболочек по заданным контурам, как траясверсальных поверхностей, инцидентных конгруэнции прямых с собственным или несобственным центром, полученных на оснозз мгновенно-подобного преобразования базовой поверхности-посредника.
-
Способы построения мгновенно-подобных преобразований пространства на оснозе интерполяции конечного числа мгновенно-подобных преобразований вдоль заданных линий с использованием полиномов Лагранжа, билинейных полиномов и средне-взвешенных алгоритмов.
-
Методика построения несимметричных полей виртуальных прогибов при различных форме, располсиеник отверстий и при произвольной внешней нагрузке.
-
Оценки верхней границы несущей способности прямоугольных в плане оболочек с отверстиями при различных видах опирания, полученные кинематическим методом теории предельного равновесия.
.5. Разработанная локальная линейная модель определения несущей способности, на основе которой предложена методика оптимального проектирования оболочек, утитыванцая технико-экономические
показатели.
Достоверность подученных результатов подтверждается хороши согласием результатов расчетов контрольных примеров с результата ми, ранее опубликованными в научной литературе.
Практическую ценность работы составляй разработанное мате матическое, алгоритмическое и программное ооеспеченке процесс конструирования поверхностей оболочек с отверстиям:, позволим* осуществлять их вариантное и оптимальное проектирование в иетєї активном режиме. Комплекс программ соєсгєчігвіієт этап эсккзког проектирования и позволяет повысить эЗфехткЕкость творческог труда, ускорить процесс проектирования к обеспечить требуем: прочностные характеристики.
ha защиту выносятся положения. ІпрЩіСтакх&жме научную новизну,'и программное обеспечение процесса конструирования позет ностей, вычисления несущей способности, ке?едика 'А результаты от повального проектирования.
Реализация работы. Комплекс программ для расчетов несуще способности и оптимального проектирования оболочек с отверстия» включен в БК "Лира" НВИАСС Ьмнистерства инвестиции и строэтеж; ства Украины. Методы конструирования срединной поверхности и хч счеты несущей способности оболочек с отверстиями внедрены в прс ектном институте "Биькекпроект" (Биокего ь реаг.ьное проектирок ние покрытия плавательного бассейна завода км. Фрунзе с эконом-ческим эффектом 40 тыс. руб. в ценах 1991 г.
Апщюбашя работы. Основные положения дассерташонной раби доложены на X Всесоюзном семинаре "Инженерная и машинная графщ (Полтава, 1991 г.), на 52, 53 научно - практических конференцій КйОИ (Киев, 1991 - 1992 г.г.), на научных сеинкзрах кафедры кг чертательной геометрии, инженерной и машинной грайнкк КИСй (Кие! 1990 - 1992 г-).
Структура и объем работы. Диссертация состоит к» введешь трех глав, заключения,списка использованной литературы из 113 н: именований, приложения и содержит 111 страниц машинописна текста, 33 рисунка, 5 таблиц.
Публикации основных положений диссертационной работы выло. нены в четырех статьях и в тезисах одного доклада.