Plieninių rėmų plonasienių elementų skerspjūvių optimizacija

Abstract

Disertacijoje nagrinėjamos plieninės plonasienės konstrukcijos, jų skaičiavimo ir optimizavimo metodai. Gniuždymo ir gniuždymo-lenkimo jėgų veikiamų plieninių plonasienių konstrukcinių elementų laikomąją galią apriboja skirtingos klupumo formos. Vietinio klupumo forma pasireiškia plonasienėse konstrukcijose. Efektyvesni yra plonasieniai skerspjūviai su vidinėmis arba kraštinėmis sąstandomis, kurios padidina skerspjūvio plokščiųjų dalių atsparumą vietiniam klupumui. Skerspjūvio sąstandose pasireiškia iškreipiamojo klupumo moda. Galiausiai konstrukcijos yra veikiamos bendrojo klupumo. Dėl to optimalaus plonasienės konstrukcijos skerspjūvio parinkimas yra sudėtingas procesas. Formuojamas pagrindinis disertacijos tikslas – optimizuoti plienines plonasienes konstrukcijas ir jų skerspjūvius. Disertacijos tikslui įgyvendinti tiriamos plonasienių skerspjūvių sudarymo galimybės, skaičiavimo ir optimizavimo metodai. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, rezultatų apibendrinimas, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pristatomos disertacijos tema autoriaus paskelbtos publikacijos ir pranešimai konferencijose, disertacijos struktūra. Pirmasis skyrius skirtas literatūros apžvalgai. Jame pateikti plieninių plonasienių konstrukcijų skaičiavimo metodai. Pateikiami plieniniai plonasieniai sudėtiniai skerspjūviai ir jų sudarymo būdai, apžvelgiami skerspjūvių optimizavimo tyrimai bei optimizavimo metodai. Pateikiami tyrinėti portalinių rėmų plieniniai plonasieniai skerspjūviai. Skyriaus pabaigoje formuluojamos išvados ir tikslinami disertacijos uždaviniai. Antrajame skyriuje pateikta plieninių plonasienių konstrukcijų skerspjūvio optimizacijos uždavinio formuluotė. Siekiant analizuoti liaunesnes optimalias skerspjūvio formas, sudaroma ir patikrinama alternatyvi plieninių plonasienių plokščiųjų skerspjūvio dalių su sąstandomis skaičiavimo metodika. Trečiajame skyriuje sprendžiami kolonų ir portalinio rėmo elementų skerspjūvių optimizacijos uždaviniai. Pasiūlomi uždaro tipo plonasieniai skerspjūviai portalinio rėmo elementams, kurie yra efektyvesni už atviro tipo skerspjūvius, pasiūlomas portalinio rėmo mazgų su optimaliais skerspjūviais sprendimo būdas. Disertacijos tema paskelbti 5 straipsniai: du – mokslo žurnaluose, įtrauktuose į Web of Science duomenų bazę, vienas – tarptautinėje duomenų bazėje referuojamame leidinyje, du – tarptautinių konferencijų darbų leidiniuose.

The dissertation investigates steel thin-walled structures and their calculation methods. The load-bearing capacity of steel thin-walled structural elements subjected to combinations of compression and compression-bending forces is limited by different buckling modes. The local buckling mode is predominant in thin-walled structures. It has been established that thin-walled cross-sections with internal or edge stiffeners are more effective. The distortional buckling mode appears in the cross-sectional stiffeners. Ultimately, the structures are subjected to global buckling. Therefore, the selection of an optimal thin-walled structural cross-section is a complex process. The main goal of the dissertation is to optimize steel thin-walled structures and their cross-sections. The possibilities of forming thin-walled cross-sections and calculation and optimization methods are investigated to achieve the dissertation’s goal. The dissertation consists of four parts, including an Introduction, three chapters, Conclusions, and References. The Introduction reveals the investigated problem, the importance of the dissertation, and the object of research. It describes the purpose and tasks of the paper, research methodology, scientific novelty, the practical significance of results, and defended statements. The Introduction ends by listing the author’s publications on the dissertation’s subject and presentations made at conferences and defining the structure of the dissertation. The First Chapter revises the literature used. It presents calculation methods of steel thin-walled structures, introduces thin-walled built-up cross-sections, and reviews studies on cross-section optimization. Finally, it presents the investigated steel thin-walled cross-sections of portal frames. At the end of the chapter, conclusions are drawn, and the tasks for the dissertation are reconsidered. The Second Chapter formulates the optimization problem for the cross-section of thin-walled steel structures. It describes a developed and verified method for calculating the resistance of internal stiffeners of steel thin-walled cross-sections to distortional buckling to obtain more efficient cross-sections. The Third Chapter addresses the optimization problems of column and portal frame element cross-sections. It proposes closed-type thin-walled cross-sections for portal frame elements, which are more efficient than open-type cross-sections, and suggests a solution for portal frame joints with optimal cross-sections. Five articles were published on the dissertation topic: two in scientific journals referred to in the Clarivate Analytics Web of Science database, one in the international journal database, and two in peer-reviewed international conference proceedings.