Search

This paper presents the analysis of the spatial prismatic sloped overlay of irregular shape with a spherical surface upon. This bearing steel structure is under a dead‐load of a framed glass packet and under snow. Mathematical model of prism and spheroid geometry is developed. Construction geometry of a rectangularly profiled pipe and snow pressure is modelled in finite elements, using special software is developed by authors. This software is designed for the evaluation of glass structures and is easily adopted for a data exchange with commercial software. Computer aided design of the overlay and structure stress‐deformation analysis is realized by ANSYS. Article in Lithuanian. Sniego apkrovos veikiamo metalo ir stiklo denginio modeliavimas Santrauka.Straipsnyje nagrinėjama erdvinė prizminio šlaitinio netaisyklingos formos denginio su ant jo komponuojamu sferoidu, laikančioji plieno konstrukcija, veikiama nuolatinės įrėmintų stiklo paketų apkrovos bei sniego. Sudarytas prizmės ir sferoido geometrijos matematinis modelis. Stačiakampio profilio vamzdžių konstrukcijos geometrija, sniego apkrova yra modeliuojama baigtiniais elementais pagal autorių sukurtą sniego įvertinimo stiklinėms konstrukcijoms kompiuterinę programą, kuri nesunkiai susiejama su komerciniais kompiuteriniais paketais. Denginio projektavimo ir konstrukcijos įtempių bei deformacijų analizė atliktiANSYSkompiuteriniu paketu. Reikšminiai žodžiai:stiklo denginys,erdvinė plieno konstrukcija,sferoidas,stiklo paketai,sniego apkrova,matematinis modeliavimas,baigtinių elementų metodas. First Published Online: 21 Oct 2010

The study describes how in Lithuania (mostly in Vilnius) during some past decades a new trend of investigations in structural mechanics thanks to Aleksandras Čyras' (1927–2001) research and organisational activities has been developed. The main distinguished features of the trend are: application of mathematical programming, and especially the duality theory, to the optimization of elastic-plastic and other structures, formulation of mathematical models of structural mechanics problems, elaborating algorithms and programmes for their solution. The advantages of the research results are shown, a large information concerning the publication of the results and the evolution of investigations initiated by A. Čyras are presented. First Published Online: 30 Jul 2012

This paper focuses on a shakedown behaviour of the ideally elasto-plastic beams system under variable repeated load. The mathematical models of the analysis problems are created using numerical methods, extremum energy principles and mathematic programming. It is shown that during the shakedown process the residual displacements vary non-monotonically. By solving analysis problem, where the load locus is being progressively expanded, it is possible to determine the upper and lower bounds of residual displacements. Suggested methods are ilustrated by solving multisupported beam example problem. The results are obtained considering principle of the small displacements. Article in Lithuanian. Daugiaatramės sijos liekamųjų poslinkių progresinė analizė Santrauka Nagrinėjamas idealiai tampriai plastinės lenkiamos strypinės sistemos prisitaikomumo būvis, veikiant kartotinei kintamajai apkrovai. Analizės uždavinių matematiniai modeliai sudaromi, pasitelkus skaitinius metodus, ekstreminius energinius principus ir matematinį programavimą. Parodoma, kad prisitaikant konstrukcijai jos liekamieji poslinkiai gali kisti nemonotoniškai. Išsprendus analizės uždavinį, kuriame progresyviai plečiama apkrovos veikimo sritis, galima nustatyti viršutines ir apatines liekamųjų poslinkių kitimo ribas. Siūloma metodika iliustruota daugiaatramės sijos liekamųjų poslinkių skaičiavimo pavyzdžiu. Rezultatai gauti, esant mažų poslinkių prielaidai. Reikšminiai žodžiai:kartotinė kintamoji apkrova, prisitaikomumas, ekstreminiai energiniai principai, liekamieji poslinkiai.

Kintamos kartotinės apkrovos atveju vystantis plastinėms deformacijoms konstrukcijų poslinkiai gali kisti nemonotoniškai. Siekiant išvengti avarinių situacijų, susietų su pernelyg dideliais konstrukcijų poslinkiais, tenka nagrinėti apkrovimo istoriją. Straipsnyje siūlomas naujas inkrementinis prisitaikančių konstrukcijų deformacijų ir įlinkių analizės metodas, įgalinantis fiksuoti poslinkių kitimo nemonotoniškumą. Sukurtasis inkrementinis tūrio minimizacijos uždavinio sprendimo algoritmas tikslina konstrukcijos standumo sąlygų įvertinimą. Metodika iliustruojama santvaros tūrio minimizavimo uždavinio sprendimu judamos apkrovos atveju. Tyrimai atlikti darant mažų poslinkių prielaidą., Santrauka anglų kalba. In the process of plastic deformation development, when a structure is subjected to repeated variable load, displacement variations can be unmonotonous. In order to prevent damage caused by excessive displacements, it is necessary to analyze the loading history. A new incremental analysis method of deformations and displacements of shakedown structures, which allows determination of unmonotonous variation of displace-ments, is proposed in this paper. A created algorithm of incre-mental volume minimization increases the accuracy of stiffness condition estimation. The method is illustrated with a numerical solution of truss subjected to moving load volume minimization problem. Experiments were performed under the assumption of small displacements.

The paper presents a mathematical model created for solving the problem of minimal volume design steel frame structures at shakedown. The shakedown and stability (for a part of the truss) constraints-conditions as well as the structure’s stiffness requirements (i.e. the restriction of displacements and deflections) are evaluated. Extreme energy principles of the deformable body mechanics, as well as shakedown and mathematical programming theories of elastic-plastic structures are used in the work for creating the structure’s volume optimization problem. Discretization is based on equilibrium finite elements with interpolation functions of internal forces. The elements are designed using HE, IPE, RHS steel profile assortments and considering dispersion of geometrical characteristics of profile assortment sets. Optimal design of steel structures is realized by using the tool system JWM SAOSYS Toolbox v0.47 created by the authors in MATLAB environment. A new analysis module EPSOptim-SD is also discussed. The possibilities of the system SAOSYS are demonstrated by a numerical example of industrial building frame design with standard strength, stability and stiffness constraints. The assumption of small displacements is adopted in optimization of nonlinear problems.

The improved mathematical model of steel frame structures’ design is created. The loading is simple, and plastic strains are evaluated. Energy principles of deformable body mechanics and mathematical programming theory are employed. Equilibrium finite elements with interpolation functions of internal forces are used for discretization. The elements are designed using HE, IPE, RHS steel profile assortments and considering dispersion of geometrical characteristics of profile assortment sets. Optimal design of steel structures is realized by using the experimental tool system JWM SAOSYS Toolbox v0.42, which was created by the authors in MATLAB environment. SAOSYS architecture operates with object-oriented finite elements pseudo-polymorphously. The possibilities of this system are demonstrated by considering a numerical example of optimal design of industrial building frame with strength and stiffness constraints. The assumption of small displacements is adopted for computations., Lietuviška santrauka. Pasitelkus deformuojamo kūno mechanikos energinius principus ir matematinio programavimo teoriją, sudarytas minimalaus tūrio strypinių plieninių konstrukcijų, patyrusių ir plastines deformacijas, projektavimo nuo vienkartės apkrovos uždavinio patobulintas matematinis modelis. Diskretizacijai naudojami pusiausvirieji baigtiniai elementai su įrąžų interpoliavimo funkcijomis. Elementai projektuojami iš sortimentinių HE, IPE, RHS plieninių profiliuočių, atsižvelgiant į profi­liuočių aibių geometrinių charakteristikų sklaidą sortimentuose. Optimalus plieninių konstrukcijų projektavimas realizuojamas autorių MATLAB aplinkoje sukurta eksperimentine priemonių sistema JWM SAOSYS Toolbox_v0.42. SAOSYS architektūra pseudopolimorfiškai operuoja objektiškai orientuotais baigtiniais elementais. Sistemos SAOSYS galimybės atskleidžiamos pramoninio pastato rėmo optimalaus projektavimo su stiprumo ir standumo apribojimais pavyzdžiu. Skaičiuota atsižvelgus į mažų poslinkių prielaidas.

Direct probability design (DPD) of optimal steel trusses using mathematical programming means is dis-cussed in this paper. The variations of material physical and mechanical properties, elements cross-sections geome-try characteristics and external actions are considered while designing. Strength and stiffness requirements of truss elements are estimated. The mathematical model of nonlinear mathematical programming problem of optimal trusses design is created. Solution algorithm of truss ele-ments (picked from profile assortments) design, directly evaluating dispersion of profiles discrete characteristics, is proposed. The finite elements structures analysis and opti-mization software JWM SAOSYS Toolbox v0.40, which is created in MATLAB environment, realizes design algo-rithm. Numerical example of bridge-truss subjected by the static load DPD is solved.

Prisitaikomumo teorija, nagrinėjanti tampriai plastiškas konstrukcijas, veikiama kintamosios kartotinės apkrovos, leidžia judamąją apkrovą traktuoti kaip atskirą kartotinai kintančių jėgų atvejį. Apkrovai leidžiama „judėti“ bet kuria konstrukcijos dalimi: nuo tilto vidurio, grįžti atgal, vėl į priekį – taip universaliai įvertinama apkrovimo istorija, kuri yra lemiamas faktorius, nagrinėjant plastines deformacijas patiriančios konstrukcijos įtempių ir deformacijų būvį. Straipsnyje atskleista galimybė taikyti prisitaikomumo teorijos metodus, sudarant teorinius santvarų optimizavimo uždavinių matematinius modelius ir juos sprendžiant. Nagrinėjama idealiai tampriai plastinė žinomos geometrijos santvara, veikiama judamosios apkrovos. Sudaryti minimalaus tūrio santvaros ar ją veikiančios apkrovos maksimizavimo uždavinių matematiniai modeliai. Modeliuose įvertinamos ne tik konstrukcijos stiprumo (prisitaikomumo) ir standumo sąlygos, bet ir stabilumo netekimo galimybė esant plastinei santvaros darbo stadijai. Pasiūlyti nauji sprendimo algoritmai, pateikti skaitiniai strypų lankstinės santvaros, veikiamos judamosios apkrovos, optimizavimo uždavinių pavyzdžiai. Tyrimai atlikti, darant mažų poslinkių prielaidą., in English. The shakedown theory, which analyses elastic-plastic constructions, subjected by variable repeated load, enables treating moving load as a separate type of variable repeated load. The load is allowed to „move“ at any part of the construction: from the middle of the bridge, to turn back, again move ahead – in this manner loading history is universally evaluated and it is a crucial factor, considering stress-deformation state of structures under plastic deformations. This paper reveals a possibility to apply methods of shakedown theory for creation and solution of theoretical optimization mathematical models of trusses. The perfectly elastic-plastic loaded by moving load truss is considering. The mathematical models of the minimal volume truss or it acting load maximization problems are created. There are evaluating not only strength (shakedown) and rigidity restrictions, but also stability restriction in case of plastic state of truss in models. There is proposed new solution algorithms and introduced numerical examples of truss optimization in case of moving load. The results are valid for the small displacement assumptions.

In this paper the optimal shakedown of perfectly elastic-plastic bending metallic plates with strength and stiffness constraints are considered. The geometry of the plate and its acting variable repeated load are known. Here optimal distribution of limit bending moments or characteristic dimension of crosssection for adapted bending plate is to be found. In the paper a new iterative approxi-mate solution algorithm based on Rosen project gradient is proposed for optimal shakedown design of the plates. While solving the static formulation of the analysis prob-lem their dual (kinematic formulation) solution is determined by using the Rosen criterion mathematical-mechanical interpretation, which is explained before by the authors. The solution algorithm is illustrated by the numerical example of optimal project calculation of circular plate. The investigations are performed and results of numerical experiments are obtained according to assumptions of small displacements.

Perfectly elastic-plastic truss of known geometry adapted to variable repeated load (only its lower and upper variation bounds are prescribed) is considered. Non-linear mathematical models of truss minimum volume problem are formulated. Not only strength and stiffness constraints are included in problem formulations, but also possible bar buckling is taken into account. As during volume minimization stiffness of truss elements is changing, non-linear optimization problem is solved step-by-step. Solution algorithm allows the evaluation of bar unloading phenomenon, which often occurs during shakedown process. The technique is illustrated by numerical example of pin-joined bar system calculation. The results are valid for the small displacement assumptions.

The aim of the dissertation is based on the properties of flexible road pavement structures to develop a mathematical models for predicting the performance of wearing courses used in the pavements of the main roads. The main tasks of the dissertation are as follows: to analyze the main factors influencing the service indices of asphalt concrete pavements and to determine their reasons; to investigate the quality of materials and mixtures used in pavement structural layers of the main roads; to determine the interaction between asphalt concrete pavement composition and the quality indices of mixture materials; to study regularities of the change in pavement roughness and rut depth; to determine the interaction between the quality indices of materials used in pavement structural layers; to select two rational flexible pavement structures for the main roads (for the different traffic volume). The dissertation consists of introduction, four chapters, general conclusions, the list of references and the list of author’s publications on the topic of the dissertation, addenda. Introduction describes the studied problem, topicality of the problem, the object of research, also the aim and tasks, research methodology, scientific novelty, practical value of the results and the defended propositions. Chapter 1 gives the analysis of scientific researches made by different countries in the field of the performance of asphalt concrete pavements and their structures, duration of their... [to full text] Disertacijos tikslas – parengti magistralinių automobilių kelių asfaltbetoninės dangos eksploatacinių rodiklių prognozės matematinius modelius, atsižvelgiant į tampriosios dangos konstrukcijos savybes ir transporto priemonių (TP) eismo intensyvumą (EI). Darbe iškelti šie svarbiausieji uždaviniai: išanalizuoti automobilių kelių asfaltbetoninės (AB) dangos eksploatacinius rodiklius lemiančius svarbiausius veiksnius ir atskleisti šių rodiklių blogėjimo priežastis; atlikti magistralinių kelių dangos konstrukcijų (KDK) sluoksniams naudojamų medžiagų kokybės rodiklių tyrimus; nustatyti AB dangos komponentinės sudėties, fizinių bei mechaninių rodiklių ir AB mišiniams naudojamų medžiagų kokybės rodiklių sietį; ištirti AB dangos lygumo ir provėžų gylio kitėjimo dėsningumus; nustatyti AB dangos, kitų (KDK) sluoksnių medžiagų kokybės rodiklių sietį; parinkti dvi racionalias magistralinių kelių tampriosios dangos konstrukcijas (skirtingam TP eismui). Disertaciją sudaro įvadas, keturi skyriai, rezultatų apibendrinimas, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai ir priedai. Įvade aptarta tiriamoji problema, darbo aktualumas, tyrimų objektas, darbo tikslas ir uždaviniai, tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė vertė ir ginamieji teiginiai. Pirmajame skyriuje išnagrinėti įvairių šalių mokslininkų atlikti automobilių kelių asfaltinės dangos bei jos konstrukcijos eksploatacinių rodiklių ir jų funkcionavimo trukmės tyrimai. Antrajame... [toliau žr. visą tekstą]

The dissertation presents an approach to decreasing the risk of transportation of hazardous materials (hazmat transportation) by applying construction-related solutions. They consist in deploying safety barriers between transportation routes and vulnerable property built in the roadside territory. The attention is focussed on the hazmat transportation accidents known as boiling liquid expanding vapour explosions (BLEVEs). It is considered how to predict thermal and mechanical effects of BLEVEs on potential barriers or roadside property. It is suggested to interlink results of this prediction with the conventional structural response techniques used for estimating the susceptibility of safety barriers to the effects of BLEVEs. The dissertation consists of introduction, three chapters, conclusions, list of references and papers published by the author as well as four annexes. The first chapter presents a review and evaluation of the published work on the risk posed by the hazmat transportation. In addition, existing approaches to the design of safety barriers suitable to protect roadside property against fires and explosions on road and rail are discussed. In the second chapter, BLEVEs are recognised as relatively frequent and highly damaging accidents on road and rail. The attention is focussed on predicting two main effects by BLEVE: thermal radiation and projectile impact. Three computational procedures are proposed for assessing thermal and mechanical effects generated of BLEVEs. The first procedure was developed to predict the position of road tanker vessel sustaining a BLEVE with respect to a potential target. The second procedure deals with assessing the thermal radiation of a BLEVE fireball. The third procedure was developed for forecasting the impact of road tanker vessel fragments on roadside object or possible safety barrier. The third chapter formulates a series of proposals to the design of safety barriers aimed at protection of roadside objects against thermal and mechanical effects of BLEVEs on road and rail. The first proposal considers the sitting of barriers in the area of potential deployment. The second proposal deals with a design of a steel barrier intended for a protection of blast loading from a railway tanker BLEVE. The third proposal consists in recommendations of how to design a reinforced concrete barrier capable to sustain impact by fragments from a tanker vessel. All proposals have the form of preliminary, conceptual designs. The main statements of the dissertation were published in twelve scientific articles: four articles – in the Thomson ISI Web of Science register.

Baigiamajame magistro darbe nagrinėjamas ekscentriškai gniuždomas elipsinis tuščiaviduris skerspjūvis (angl. EHS) bei sudaromas šio skerspjūvio projektavimo algoritmas. Darbą sudaro penki skyriai, išvados ir priedai. Pirmajame skyriuje pateiktas bendras EHS apibūdinimas, nurodyti šio skerspjūvio privalumai bei panaudojimo sritys. Antrajame skyriuje pateikta atliktų EHS tyrimų apžvalga, aptariami galimi metodai skerspjūvio klasei nustatyti. Trečiajame skyriuje sudaromas ekscentriškai gniuždomo EHS elemento projektavimo algoritmas, programiniu paketu Mathcad sukuriama šio skerspjūvio skaičiavimo programa bei atliekami analitiniai skaičiavimai. Ketvirtajame skyriuje pateiktas baigtinių elementų modelio sudarymas naudojant programinį paketą SolidWorks Simulation 2012, atliekama baigtinių elementų (BE) analizė, atkartojanti analitinius skaičiavimus. Penktajame skyriuje palyginami analitinių skaičiavimų ir BE analizės rezultatai. Darbo gale pateiktas rezultatų apibendrinimas, suformuluojamos darbo išvados. The final postgraduate work consists of analysis of elliptical hollow section (EHS) under eccentric compression. Design algorithm is developed. There are five chapters, conclusions and appendixes presented. First chapter gives a background to EHS including applications and advantages. Second chapter gives a literature review of EHS related work, investigates methods for the cross-section class determination. Third chapter includes developing of the design algorithm of EHS. Analytical calculations are made using the software package Mathcad. In the fourth chapter the finite element model is generated using the software package SolidWorks Simulation 2012. The analytical calculations are replicated with the finite element analysis. The results are compared in the fifth chapter. In the end of the final paper the results are summarized and the final conclusions are made.

Disertaciniame darbe aprašyti autoriaus sudaryti geometriškai netiesinių tamprių plastinių statybinių strypinių konstrukcijų skaičiavimo ir optimizavimo uždavinių, ribojant konstrukcijos poslinkius, matematiniai modeliai. Sukurtas geometriškai netiesinių erdvinių strypinių konstrukcijų optimizavimo, ribojant poslinkius, uždavinio sprendimo originalus algoritmas. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, rezultatų apibendrinimas, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai bei 8 priedai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, aprašomas tyrimų objektas ir metodai, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašomas darbo mokslinis naujumas bei aktualumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė. Įvado pabaigoje pristatomos disertacijos tema autoriaus paskelbtos publikacijos ir pranešimai konferencijose bei disertacijos struktūra. Pirmajame skyriuje analizuojamos projektavimo ir konstrukcijų optimizavimo uždavinių sąsajos, pateikiama trumpa konstrukcijų optimizavimo metodų analitinė apžvalga. Nagrinėjama netamprių geometriškai netiesinių plieninių rėminių konstrukcijų optimizavimo ribojant poslinkius problematika. Aprašomos pasirinktos pagrindinės prielaidos ir fizinės priklausomybės bei dydžiai, apibrėžiantys konstrukcijos įtemptąjį-deformuotąjį būvį (ĮDB). Pateikiamas konstrukcijų optimizavimo uždavinio matematinis modelis. Pasiūlomas algoritmas šiam uždaviniui spręsti. Apžvelgiamos optimizavimo uždavinio skaitinės realizacijos galimybės... [toliau žr. visą tekstą] The optimization mathematical models of geometrically nonlinear elastic plastic frameworks structures optimization under displacement constraints are created in the thesis. Original solution algorithm was created for the optimization of geometrically nonlinear elastic-plastic frameworks structures under displacement constraints. The dissertation consists of introduction, 3 chapters, conclusions, references and 8 annexes. The introduction reveals the investigated problem, the object of research and describes the purpose and tasks of the thesis, research methodology, scientific novelty, the practical significance of results examined in the thesis. The introduction ends in presenting the author’s publications on the subject of the defended dissertation, offering the material of made presentations in conferences and defining the structure of the dissertation. Construction design and structures optimization problems correlation is describing in chapter 1. Short historical review of optimization methods and structures optimization analytical analysis are presented. Reviewing problematic of non-elastic geometrically nonlinear steel frame structures optimization under displacements constraints. Describing basic accepted assumptions and physical dependences and values describing structures real stress-strain state (SSS). Structure optimization problem mathematical model is presented. Algorithm for such optimization problem solution is suggested. Optimization problem numerical... [to full text]

The ability to design the rational structure in short terms is obvious economical demand hence the engineer must have at his disposal the methodology of optimization of such structures. Grillage structures are widely used in engineering practice, e. g. in construction of so-called grillage-type foundations (further grillages). Nowadays the good-performing optimization algorithms for topology optimization of grillages – separately investigating each beam in the grillage – are elaborated therefore the main attention of this work is devoted to the simultaneous topology and size optimization of grillages, which is obviously insufficiently explored so far. The optimal grillage should meet twofold criteria: the number of piles should be minimal, and the connecting beams should receive minimal feasible bending moments what leads to minimal consumption of concrete for beams. Obviously two separate optimization problems are considered here: determination of minimal number of piles and determination of minimal volume of beams. Whereas the carrying capacity of a single pile is known, the first optimization problem can be rendered as minimization of the maximal reactive force in piles among all set of piles. Analogously, the second problem corresponds to the minimization of the maximal bending moments in connecting beams. The bending moments depend also on stiffness of beams hence the cross-sectional dimensions of beams must be identified simultaneously. Both problems can be incorporated... [to full text] Sijynų optimizavimo rezultatai turi didelę reikšmę ekonominiu požiūriu, nes ypatingai svarbu gebėti greitai suprojektuoti pigią ir tuo pačiu racionalią bei patvarią konstrukciją. Todėl inžineriniu požiūriu šios problemos sprendimo rezultatai turi didelę reikšmę kuriant efektyvią sijynų optimizavimo technologiją. Sijynai – sudaryti iš polių ir jungiančiųjų sijų – yra labai efektyvios ir paplitusios polinių pamatų inžinerinės konstrukcijos. Šiame darbe dėmesys bus skiriamas iki šiol dar nepakankamai išnagrinėtam sijynų topologijos ir matmenų sinchroniniam optimizavimui. Šioje disertacijoje topologijos optimizavimas suprantamas kaip optimalios polių išdėstymo po jungiančiosiomis sijomis schemos ieškojimas esant duotam polių skaičiui, o matmenų optimizavimas – kaip jungiančiųjų sijų skerspjūvio optimalių matmenų ieškojimas, laikant, kad visų sijų skerspjūvis vienodas. Darbe bus bandoma apjungti topologijos ir matmenų optimizavimą į vieną algoritmo žingsnį, tuo padidinant tikimybę gauti geresnį optimizavimo sprendinį. Ši problema yra daugiakriterio globalaus optimizavimo uždavinys. Iki šiol tokie didelės apimties uždaviniai nėra iki galo išspręsti, nes jie yra pakankamai sudėtingi: tenka optimizuoti nuo didelio projektavimo kintamųjų skaičiaus priklausančią kompromisinę tikslo funkciją. Apytikriai galima laikyti, kad sijynai, kurie turi mažiausią įmanomą polių skaičių bei kurių jungiančiosios sijos yra mažiausio skerspjūvio, yra pigiausi. Matematiniu požiūriu tokių sijynų... [toliau žr. visą tekstą]