Цель исследования. Целью данной работы является разработка методики определения соотношения мембранных напряжений в тентовой оболочке, состоящей из множества секторов арочного типа, обеспечивающего требуемую высоту в центре сектора.
Методы. Для поиска требуемого соотношения мембранных напряжений применен итерационный метод хорд. Для определения высоты в центре сектора на каждой итерации производится поиск формы поверхности оболочки методом плотности сил, который заключается в определении координат узлов сети, наложенной на оболочку, путем решения системы уравнений равновесия, линеаризованной за счет введения подстановки, являющейся отношением усилий в элементах сети к их длинам.
Результаты. Разработан итерационный алгоритм поиска соотношения мембранных напряжений, состоящий из двух этапов: определение начального диапазона поиска и минимизация расхождения требуемой и полученной по расчету высоты оболочки в центре сектора. Эффективность алгоритма подтверждена численным моделированием ряда секторов тентового покрытия арочного типа на прямоугольном плане. Расхождение заданных высот в центре секторов и высот, полученных в специализированном лицензионном программном комплексе, не превышает 1,0 %.
Заключение. Форма поверхности тентовых оболочек зависит от мембранных напряжений. Задача поиска формы, в настоящее время, имеет достаточную степень теоретической проработки. Вместе с тем, обратная задача, позволяющая по заданным геометрическим параметрам оболочки найти искомое соотношение напряжений, не находит должного отражения в литературных источниках. Разработанная в настоящей работе методика будет способствовать упрощению процесса исследования и проектирования тентовых строительных конструкций. Дальнейшее развитие предложенной методики находится в области расчета многосекционных тентовых систем с учетом податливости опорных конструкций, разделяющих смежные секции.
Идентификаторы и классификаторы
- Префикс DOI
- 10.21869/2223-1560-2024-28-2-37-55
- eLIBRARY ID
- 67910901
Для анализа мягких оболочек на действие внешних нагрузок и воздействий находят применение численные методы, среди которых можно выделить метод динамической релаксации и метод конечных элементов. Метод динамической релаксации, в котором узловые неуравновешенности рассматриваются как внешние нагрузки, действующие на заданные массы, эффективен для расчета пневматических и трансформируемых конструкций, а также, для выявления складок на поверхности мягкой оболочки [14].
Список литературы
1. Analysis and design of fabric membrane structures: a systematic review on material and structural performance /j. Xu, Y. Zhang, Q. Yu, L. Zhang // Thin-Walled Structures. 2022. №. 170. P. 1-17. DOI: 10.1016/j.tws.2021.108619 EDN: LTBSEU
2. Experimental and simulation analysis of the initial shape of a large-span air-supported membrane structure / L. Xiongyan, Z. Zhang, Q. Chu, S. Xue, H. Yanli // Thin-Walled Structures. 2022. Vol. 178. Article 109491. DOI: 10.1016/j.tws.2022.109491 EDN: PXMRMQ
3. Monticelli C. Membrane claddings in architecture // Llorens J.I., editor. Woodhead publishing series in textiles, fabric structures in architecture: Woodhead Publishing, 2015. P. 449-480. DOI: 10.1016/B978-1-78242-233-4.00014-0
4. Barozzi M., Viscuso S., Zanelli A. Design novel covering system for archaeological areas // Proceedings of VII International Conference on textile composites and inflatable structures. Structural membranes 2015. Barcelona, Spain, 2015. P. 105-114. URL: https://upcommons.upc.edu/handle/2117/109301 (дата обращения: 24.02.2024).
5. Llorens J., Zanelli A. Structural membranes for refurbishment of the architectural heritage // Procedia Engineering. 2016. № 155. P. 18-27. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.003
6. Llorens J.I. Structural membranes for urban spaces // Proceedings of VII International Conference on textile composites and inflatable structures. Structural membranes 2015. Barcelona, Spain, 2015. P. 133 - 144. URL: https://upcommons.upc.edu/handle/2117/109310 (дата обращения: 24.02.2024).
7. Метод расчета напряженно-деформированного состояния вантовооболочечных конструкций космических антенных рефлекторов / А.В. Бельков, С.В. Белов, А.П. Жуков, М.С. Павлов, С.В. Пономарев, С.А. Кузнецов // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2019. № 62. С. 5-18. DOI: 10.17223/19988621/62/1 EDN: PNHRKT
8. Form-finding and shape adjustment of cable-membrane reflectors /j. Du, F. Wang, H. Bao, D. Ge, Z. Ren // Acta Astronautica. 2023. Vol. 205. P. 213-224. DOI: 10.1016/j.actaastro.2023.02.002 EDN: DWQTSK
9. Vazquez E., Correa D., Poppinga S. A review of and taxonomy for elastic kinetic building envelopes // Journal of Building Engineering. 2024. Vol. 82. Article 108227. DOI: 10.1016/j.jobe.2023.108227 EDN: LOZXVE
10. Hegyi D. Numerical stability analysis of arch-supported membrane roofs // Structures. 2021. № 29. P. 785-795. DOI: 10.1016/j.istruc.2020.11.025 EDN: XBAKKA
11. Wagner R. Bauen mit seilen und membranen. Berlin: Beuth Verlag GmbH, 2016. 517 p. (In German).
12. Еремеев П.Г. Тентовые мембраны для ограждающих конструкций покрытий над трибунами стадионов // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 4. С. 33-36. URL: http://www.pgs1923.ru/ru/index.php?m=4&y=2015&v=04&p=00&r=06 (дата обращения: 24.02.2024). EDN: TPXBCT
13. Safety and serviceability of membrane buildings: a critical review on architectural, material and structural performance /j. Hu, W. Chen, Y. Qu, D. Yang // Engineering Structures. 2020. Vol. 210. Article 110292. DOI: 10.1016/j.engstruct.2020.110292 EDN: VKMXAV
14. Analysis of wrinkled membrane structures using a plane stress projection procedure and the dynamic relaxation method / H. Le Meitour, G. Rio, H. Laurent, A.S. Lectez, P. Guigue // International Journal of Solids and Structures. 2021. Vol. 208-209. P. 194-213. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2020.10.026 EDN: MBLSAF
15. Численное моделирование конструкций сооружений башенного типа в программных комплексах ANSYS и Лира-Сапр / А.Д. Зиганшин, Л.Ш. Ахтямова, Л.С. Сабитов, О.В. Радайкин, И.К. Киямов // Научно-технический вестник Поволжья. 2021. № 2. С. 65-67. URL: https://ntvprt.ru/ru/archive-vypuskov (дата обращения: 24.02.2024). EDN: EHQPEK
16. Industrial design and analysis of structural membranes / E. Haug, P. De Kermel, B. Gawenat, A. Michalski // International Journal of Space Structures. 2009. Vol. 24. № 4. P. 191 - 204. DOI: 10.1260/026635109789968227
17. Nonlinear two-dimensional analysis of manifold marine inflated membrane structures using vector form intrinsic finite element method / X. Gao, Z. Cheng, L. Cao, W. Tang // Ocean Engineering. 2023. Vol. 271. Article 113813. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2023.113813 EDN: IDOUVA
18. Strobel D., Singer P., Holl J. Analytical formfinding // International Journal of Space Structures. 2016. Vol. 31, №. 1. P. 52 - 61. DOI: 10.1177/0266351116642076
19. Kabasi S., Marbaniang A.L., Ghosh S. Form-finding of tensile membrane structures with strut and anchorage supports using physics-informed machine learning // Engineering Structures. 2024. Vol. 299. Article 117093. DOI: 10.1016/j.engstruct.2023.117093 EDN: PZQWNR
20. Kabasi S., Marbaniang A.L., Ghosh S. Physics-informed neural networks for the form-finding of tensile membranes by solving the Euler-Lagrange equation of minimal surfaces // Thin-Walled Structures. 2023. Vol. 182, part B. Article 110309. DOI: 10.1016/j.tws.2022.110309 EDN: BCDYQH
21. A unified adaptive approach for membrane structures: form finding and large deflection isogeometric analysis / T.N. Nguyen, T.D. Hien, T.T. Nguyen, J. Lee // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2020. Vol. 369. Article 113239. DOI: 10.1016/j.cma.2020.113239 EDN: JJSNMO
22. Расчет напряженно-деформированного состояния вантово-оболочечных конструкций с учетом размеростабильности вантовых элементов / А.В. Бельков, С.В. Белов, А.П. Жуков, М.С. Павлов, С.В. Пономарев // Современные строительные материалы и технологии: сборник научных статей / под ред. М.А. Дмитриевой. Калининград, 2023. С. 143-150. URL: item.asp?id=50475277 (дата обращения: 24.02.2024). EDN: IJKEIN
23. The modified force density method for form-finding of cable net structure / X. Li, C. Liu, S. Xue, X. Li, C. Zhang, L. Huang, W. Wang // Thin-Walled Structures. 2024. Vol. 195. Article 111363. DOI: 10.1016/j.tws.2023.111363 EDN: MVQHHX
24. Strobel D., Holl J. On the calculation of textile halls // Proceedings of X International Conference on textile composites and inflatable structures. Structural membranes 2021. Munich, Germany, 2021. 7 p. DOI: 10.23967/membranes.2021.043
25. Llorens J.I. Appropriate design of structural membranes // Proceedings of X International Conference on textile composites and inflatable structures. Structural membranes 2021. Munich, Germany, 2021. 12 p. DOI: 10.23967/membranes.2021.008
26. A significant improvement of a family of secant-type methods /j.A. Ezquerro, M.A. Hernández-Verón, Á.A. Magreñán, A. Moysi // Journal of Computational and Applied Mathematics. 2023. Vol. 424. Article 115002. DOI: 10.1016/j.cam.2022.115002 EDN: FKKJNJ
27. Шелопугина Е.О., Козлова О.В. Визуализация метода хорд для поиска приближенных корней нелинейного уравнения в MS Excel // Молодежь и наука: актуальные проблемы фундаментальных и прикладных исследований: материалы VI Всероссийской национальной научной конференции молодых учёных. Комсомольск-на-Амуре, 2023. С. 525-528. URL: item.asp?id=54332651 (дата обращения: 24.02.2024). EDN: WLVLIG
Выпуск
Другие статьи выпуска
Цель работы. В настоящее время активно растёт интерес к использованию дронов в различных сферах. Причины связаны с непрерывным ростом технологий, с появлением быстрых микропроцессоров, которые обеспечивают автономное управление несколькими системами связи. Мониторинг, строительство, контроль и слежение - лишь некоторые из областей, в которых использование БПЛА становится обычным явлением. Цель работы заключается в изучении работы нагруженности протоколов обмена информации на различных уровнях взаимодействия и предложить варианты повышения надежности взаимодействия на основе гибридных технологий. Задачами исследования является детализация протоколов обмена данными в БПЛА на различных уровнях, с учетом анализа структуры передаваемой информации и гибридной модели.
Методы. В статье рассматриваются протоколы, задействованные в работе БПЛА на разных уровнях, их особенности, преимущества и недостатки, а также их сбои восстановление связи. Использование реалистичных технологических особенностей беспилотных летательных аппаратов для тестирования моделей и методов может оказаться весьма актуальным для практических целей в различных отраслях от гражданских до военных.
Результаты. В статье представлена детализация протоколов связи и обмена данными, которые используются в системах БПЛА, а также их производительность.
Заключение. Для качественной оценки влияния на безопасность информации, предлагается ввести гибридные модели компоненты, которые динамически адаптируют протоколы обмена данными на основе анализа угроз в режиме работы в реальном времени и возможностей системы. Рациональное использование энергии имеет решающее значение для осуществления эффективного и безопасного процесса работы БПЛА. Затронуты и рассмотрены вопросы защищенности канала передачи загруженности протокола с позиции затрат энергетических ресурсов.
Цель. Повышение эффективности траекторного движения трехколесных роботов за счет разработки алгоритмов системы управления и подбора параметров на основании математического моделирования движения робота вдоль путевых точек, характеризующих требуемую траекторию движения. Разработка методов планирования траекторий трехколесного мобильного робота на основе алгоритма Pure Pursuit. Разработка математической модели устройства, позволяющей получить численное решение для управляемого движения робота по путевым точкам. Анализ результатов моделирования, с целью установления применимости предлагаемых решений для задач управления двухсекционным колесным роботом для ландшафтных работ.
Методы. В качестве основы при разработке системы управления траекторным движением робота используется алгоритм Pure Pursuit, позволяющий формировать траектории движения робота по путевым точкам с заданными параметрами движения. При разработке математической модели использовались методы теоретической механики, механики роботов, численного интегрирования, теории управления, электротехники и электромеханики. При создании программных продуктов использованы математические пакеты Matlab/Simulink.
Результаты. В результате проведенного исследования были обнаружены и подтверждены основные закономерности влияния параметра Lookahead Distance алгоритма траекторного движения Pure Pursuit на характер движения управляемого робота. Показано, что выбор величины данного параметра должен обосновываться задачами управления и условиями работы робота. Разработанная математическая модель позволила получить временные диаграммы для параметров движения робота, установить точность предлагаемых алгоритмов.
Заключение. В работе установлено, что предложенный в работе алгоритм Pure Pursuit может быть использован для осуществления траекторного управления колесных мобильных роботов. Метод не требует высокой производительности вычислительной системы и обеспечивает удовлетворительные качественные и количественные характеристики управления движением.
Цель исследования. Среди множества способов формообразования поверхностей, применяемых в машиностроении, существенную часть занимают процессы обработки деталей резанием в том числе точением. Процесс резания металлов в большинстве случаев сопровождается вибрациями и колебаниями инструмента, которые дестабилизируют обработку, уменьшают ее качество, стойкость инструмента и производительность процесса. Снизить негативное влияние вибрации возможно использованием элементов, поглощающих или снижающих колебания рабочей части инструмента. Известны конструкции резцов, называемых демпфирующими, способных уменьшить отрицательное влияние вибраций при точении. Однако основным их недостатком является жесткая связь с установочно-зажимными элементами станка, через которые передается вибрация на инструмент. Решение данной проблемы возможно совершенствованием конструкции инструмента с целью повышения устойчивости процесса резания. Конструкции токарных резцов, увеличивающих их стойкость, снижающих вибрации, возникающие в процессе резания, и повышающих качество обработанной поверхности представляют практический и научный интерес. Цель исследования состоит в создании инновационных моделей инструмента, в частности, токарных резцов, способных улучшить качество поверхностного слоя обрабатываемой детали, ее эксплуатационные свойства, а также стойкость режущей части инструмента.
Методы. Проектирование и изготовление новых резцов с державкой, которая имеет элементы, изолирующие рабочую часть резца от контакта с крепежной частью суппорта станка, а также различными жесткостями и размерами.
Результаты. Увеличение эффективности демпфирования колебаний резца, снижение его материалоемкости, т. к. размеры упругих элементов меньше половины длинны державки резца, улучшение качества поверхностного слоя обрабатываемой детали, ее эксплуатационных свойств, а также стойкости режущей части инструмента.
Заключение. Предлагаемые демпфирующие резцы отвечают поставленным цели и задачам. Теоретические исследования и промышленные испытания, простота конструкций и технологий изготовления новых демпфирующих резцов позволяют рекомендовать их для внедрения в производство. Резцы могут применяться при токарной обработке различных конструкционных материалов.
Цель исследования. Разработка программной реализации иерархического подхода к решению обратной задачи кинематики робота-манипулятора с произвольным количеством сочленений. Разработанная библиотека может быть использована как в составе САПР машиностроительного назначения с поддержкой функционала инженерного анализа (CAE), так и для разработки программного обеспечения встроенных систем управления многокоординатными манипуляционными машинами.
Методы. Идея подхода заключается в итерационном приближении обобщенных координат в последовательности, определенной разработчиком. Количество необходимых итераций определяется требуемой точностью решения. В качестве исходных данных для решения обратной задачи кинематики требуется «матрица манипулятора» 4 × 4 в символьном виде, начальные значения обобщенных координат, и «матрица манипулятора» 4 × 4, описывающая финальные положение и ориентацию схвата. Для реализации выбран язык программирования Си стандарта ANSI C, поскольку он обеспечивает достаточную портативность и близость к аппаратуре.
Результаты. Результатом работы является библиотека языка программирования Си для ЭВМ под управлением операционных систем семейства Unix (например, GNU/Linux, freeBSD, openBSD, macOS, Solaris), которая предоставляет функции, необходимые для решения обратной задачи кинематики робота-манипулятора.
Заключение. В статье показан пример использования данной библиотеки для трехзвенного робота-манипулятора, а также построена траектория его движения по десяти точкам. Использование предложенной в статье библиотеки libreRGM3 может быть эффективным способом решения ОЗК при моделировании движения робота в САПР (например, OpenSCAD [8]), в учебных или исследовательских целях, в условиях работы с ЭВМ без графического интерфейса или с программируемым логическим контроллером и микроконтроллером.
Цель исследования. Разработка программного кода на языке программирования C#, реализующего алгоритм распознавания формы геометрических объектов на входном изображении при обеспечении надежности этого вычислительного процесса.
Методы. Алгоритм распознавания геометрических форм объектов основан на сочетании традиционных методов обработки изображений и интеллектуальных правил, определяющих вид геометрической формы объекта в зависимости от характеристик контуров, таких как моменты, количество их сторон и т.д. Для реализации данного метода в статье предлагается последовательность математических операций, включающая следующие этапы. Во-первых, метод включает операции размытие, преобразование исходного изображения в градации серого и инвертирование. На втором этапе осуществляется детектирование контуров и определение их характеристик, таких как моменты, периметр и др. На финальном этапе в зависимости от числа сторон, входящих в структуру контура, на основе интеллектуальных правил осуществляется сопоставление каждого найденного контура определенной геометрической фигуры.
Результаты. Разработаны алгоритм и инструкции создания программного кода для программной реализации процесса распознавания геометрической формы объектов. Определено, что предложенный алгоритм имеет высокую надежность, составляющую порядка 97%.
Заключение. Традиционные методы обработки изображений, такие как размытие и преобразование в градации серого, могут успешно сочетаться с методами выделения контуров и определения их геометрических характеристик. Подобная синергия методов обработки изображений позволяет создать алгоритм распознавания геометрических форм. Важно учитывать, что надежность и эффективность подобного алгоритма зависит от настройки пороговых значений, используемых в функциях обработки изображений, и дальнейшее исследование их характеристик может привести к улучшению результатов рассмотренного в статье алгоритма.
Издательство
- Издательство
- ЮЗГУ
- Регион
- Россия, Курск
- Почтовый адрес
- 305040, Курская обл, г Курск, Центральный округ, ул 50 лет Октября, зд 94
- Юр. адрес
- 305040, Курская обл, г Курск, Центральный округ, ул 50 лет Октября, зд 94
- ФИО
- Емельянов Сергей Геннадьевич (РЕКТОР)
- E-mail адрес
- rector@swsu.ru
- Контактный телефон
- +7 (471) 2504820
- Сайт
- https://swsu.ru/