Алгоритм поетапної оптимізації суднових конструкцій за критеріями надійності та економічності

Abstract

Питання раціонального проєктування конструкцій та зниження їх матеріаломісткості при оптимальному запасі надійності ніколи не втрачали своєї актуальності. В умовах реального проєктування будівельних, суднових, авіаційних конструкцій проєктувальнику доводиться рахуватися найчастіше не з одним, а з декількома, зазвичай суперечливими критеріями та переслідувати декілька екстремальних цілей. В таких випадках задача оптимального проєктування є задачею багатокритеріальної оптимізації. Оптимальне проєктування суднових конструкцій є техніко-економічною проблемою, для якої мінімальна вага (або вартість) не є єдиною ознакою оптимальності. У цій роботі ставиться завдання щодо проєктування конструкції мінімальної ваги (або вартості) з оптимальним запасом надійності, що відповідає мінімуму сумарних витрат на виготовлення та експлуатацію впродовж встановленого терміну служби. В якості критеріїв оптимізації розглядаються мінімальні середні очікувані загальні витрати з урахуванням можливого збитку від руйнування та мінімальна маса конструкції з дотриманням обмежень на напруження, жорсткість, а також обмежень проєктно-технологічних параметрів. Викладається алгоритм поетапної оптимізації суднових конструкцій на прикладі оптимізації несучих конструкцій твіндечної люкової кришки суховантажного судна, що виявили низьку надійність у процесі експлуатації. Для визначення оптимальних параметрів конструкції використовується алгоритм випадкового пошуку у поєднанні з методом скінчених елементів (МСЕ). Отримана в результаті розв’язання задачі оптимізації конструкція основного ребра жорсткості люкової кришки, незважаючи на незначне збільшення маси, тим не менш у повній мірі задовольняє вимогам оптимальної надійності та економічності. За допомогою запропонованого алгоритму принципово вирішено поставлене в роботі завдання щодо проєктування конструкції мінімальної ваги з оптимальним рівнем надійності, яке відповідає мінімуму сумарних витрат на виготовлення та експлуатацію. Техніко-економічний підхід може бути практично реалізований при проєктуванні та модернізації суднових конструкцій за умови збору та систематизації статистичної інформації про навантаження, мате- ріали, витрати на виготовлення та ремонт, а також економічні наслідки відмов конструкції.