W pracy rozpatrzono problem identyfikacji uszkodzeń w konstrukcjach mechanicznych w oparciu o analizę rozkładu pola temperatury wywołanego zmiennym w czasie obciążeniem cieplnym. Analizę zachowania konstrukcji przeprowadzono z wykorzystaniem metody elementów skończonych a do realizacji procesu minimalizacji funkcjonału identyfikacyjnego wykorzystano hybrydowy algorytm ewolucyjny.
EN
In the paper the problem of defect identification in structural materials, using the analysis of time varying temperature caused by constant and variable heat loads, is considered. The behavior of the structure was analyzed using the finite element method and to the implementation of the minimization processes of the identification functional, hybrid evolutionary algorithm was used.
An elastic structure subjected to thermal and mechanical loading with prescribed external boundary and varying internal interface is considered. The different thermal and mechanical nature of this interface is discussed, since the interface form and its properties affect strongly the structural response. The first-order sensitivities of an arbitrary thermal and mechanical behavioral functional with respect to shape and material properties of the interface are derived using the direct or adjoint approaches. Next the relevant optimality conditions are formulated. Some examples illustrate the applicability of proposed approach to control the structural response due to applied thermal and mechanical loads.
The problem of identification of a structural damage is considered. The identification of location and/or dimensions of a damaged area or local defects and inclusions is performed using the measurements of vibration frequency and eigenvalues of real structure and the corresponding finite element model. The proper distance norms between the measured and calculated structural response are introduced and minimized during the identification procedure.
The results of investigation in the area of designing of lightweight composite structures are presented. The thin, two-dimensional and linearly elastic disk reinforced with fibermat and subjected to service loading is considered. The problem of optimal layout of the fiber-mat in the disk domain in order to obtain the minimal weight and the assumed mechanical properties of this structure is discussed. The adequate model of this structure and relevant optimality conditions for this type of design problem are derived. To solve of the problem, the optimization procedure based on the evolutionary algorithm is proposed. The problem of weight minimization of structural components reinforced with the fiber-mat is illustrated by simple numerical example.
PL
W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące optymalnego projektowania lekkich struktur kompozytowych. Obiektem badań były płaskie, dwuwymiarowe i liniowosprężyste elementy konstrukcyjne wykonane z materiału kompozytowego wzmocnionego matą włókienniczą i obciążone statycznie siłami działającymi w ich płaszczyźnie. Projektowanie takich struktur rozpatrzono z uwagi na optymalne ułożenie maty włókienniczej w materiale kompozytowym, tak aby element konstrukcyjny wykonany z tego materiału uzyskiwał możliwie najmniejszą masę właściwą przy jednoczesnym spełnieniu stawianych wymagań w zakresie określonych własności mechanicznych. W pracy przedstawiono odpowiedni model struktury kompozytowej, warunki optymalnego rozwiązywania tego typu problemu, a do poszukiwania optymalnych rozwiązań zaproponowano metodę optymalizacyjną opartą na algorytmie ewolucyjnym. Rozpatrywany problem zilustrowano przykładem numerycznym. Uzyskane wyniki mogą stanowić punkt wyjścia do projektowania optymalnej struktury materiałów kompozytowych wzmacnianych matami włókienniczymi i będących tworzywem konkretnej konstrukcji pracującej pod zadanym obciążeniem, pozwalając tym samym uniknąć kosztownych i pracochłonnych badań doświadczalnych, które można ograniczyć do końcowych badań eksperymentalnych gotowej konstrukcji.
The paper is devoted to the modeling, analysis and optimization encountered in the design process of two-dimensional structural components made of fiber-reinforced composite materials subjected to service loading. The problem of optimal layout of reinforcing fibers in the composite in order to obtain the assumed mechanical properties of the disk is considered. The case of creation of linear and curvilinear fibers is discussed. The adequate model, relevant optimality conditions for this type of design problem are derived and the optimization procedure based on the evolutionary algorithm is proposed. The problem considered in the paper is illustrated by some numerical examples.
PL
Praca dotyczy zagadnień modelowania, analizy i optymalizacji zachodzących w procesie projektowania płaskich, dwuwymiarowych elementów konstrukcyjnych wykonanych z materiałów kompozytowych i obciążonych statycznie siłami działającymi w ich płaszczyźnie. Rozpatrzono problem projektowania optymalnego ułożenia włókien wzmacniających w kompozycie pod kątem uzyskania przez element konstrukcyjny wykonany z tego materiału wymaganych własności mechanicznych. Rozważania dotyczyły sposobu projektowania oraz generowania rodziny prostoliniowych, jak również krzywoliniowych włókien wzmacniających. Do poszukiwania optymalnych rozwiązań zastosowano opracowaną do tego celu metodę optymalizacyjną opartą na algorytmie ewolucyjnym. Rozpatrywany w pracy problem zilustrowano przykładami numerycznymi.
Celem pracy było optymalne zaprojektowanie struktury kompozytu, tak aby materiał ten spełniał stawiane wymagania w zakresie określonych własności termicznych. Do rozwiązania sformułowanego zadania zastosowano gradientową metodę optymalizacyjną opartą na analizie wrażliwości funkcjonału celu w sposób bezpośredni rozszerzoną o metodę elementów skończonych analizy przepływu ciepła.
EN
The purpose of this work was the optimal designing of composite structure in order to obtain the material that fulfils imposed requirements on thermal properties. The gradient oriented algorithm was applied, in which the desired first order sensitivities of objective functional were calculated using the direct approach. To analyse the problem of heat transfer within structure domain, the finite element method was utilised.
Praca przedstawia wyniki badań nad projektowaniem optymalnego kształtu osi włókien wzmacniających w materiałach kompozytowych pod kątem uzyskania przez element konstrukcyjny wykonany z tego materiału wymaganych własności mechanicznych. W poszukiwaniu optymalnych rozwiązań zastosowano opracowaną metodę optymalizacyjną opartą na algorytmie ewolucyjnym.
EN
The results of investigation in the area of designing of fibre shape in composite materials so that the structure should satisfy assumed requirements in the range of mechanical properties is discussed. properties is discussed. The optimisation method based on evolutionary algorithm is applied during design process.
W prezentowanej pracy rozpatrywany jest problem identyfikacji zniszczenia dyskretnych włókien wzmacniających konstrukcje tarczowe. Założono, że kształt linii, wzdłuż których zostały ułożone włókna jest znany, a parametry wytrzymałościowe włókien są znacznie wyższe niż macierzystego materiału tarczy. Ponadto założono, że włókna zostały zatopione w macierzy w ten sposób, że stwierdzenie uszkodzenia w trakcie zewnętrznych oględzin jest niemożliwe. W etapie analizy pracy konstrukcji wykorzystano metodę elementów skończonych, a w etapie identyfikacji uszkodzenia wykorzystano algorytm ewolucyjny, tak aby określić globalne minimum funkcjonału identyfikacyjnego.
EN
In this paper the identification problem of damage of disk reinforcing fibers is considered. It was assumed that reinforcing material is distributed along lines of arbitrary shape and material parameters, and then the fiber properties, are much higher then matrix ones. Furthermore, it was assumed that the fibers are covered with matrix material so that their damage is invisible during visual inspection of a structure. In analysis step of the structure behaviour the finite element method was used. In synthesis step, based on optimization algorithm, evolutionary algorithm was used for finding the global minimum of identification functional.
W pracy przedstawiono ważny z praktycznego punktu widzenia problem identyfikacji uszkodzeń konstrukcji mechanicznych. Zaprezentowane metody identyfikacji bazują na mechanizmach korelujących wybrane parametry konstrukcji modelowej i rzeczywistej. Na etapie analizy wybranych cech modelu wykorzystano metodę elementów skończonych. Na tym etapie badań nie przeprowadzono pomiaru wielkości charakterystycznych dla przyjętych sposobów identyfikacji na rzeczywistym obiekcie lecz symulowano go numerycznie. W celu urealnienia symulowanych pomiarów zaburzono je losowo rozłożonym błędem pomiaru. Ze względu na polimodalny charakter funkcjonałów identyfikacyjnych został zaproponowany ewolucyjny mechanizm optymalizacyjny jako najpewniejsze narzędzie minimalizacji.
EN
The paper deals with problem of damage identification in mechanical structures. The presented methods are based on correlational mechanisms for chosen parameters of real and model structure. To determine proper parameters of structure behaviour the finite element method was chosen. On this stage of research the measurements of a real structure were simulated numerically based on randomly noised response of the model. With respect to suspected polimodal character of identification functionals an evolutionary algorithm was proposed as reliable tool for solving these types of problems.
In the paper, the sensitivity analysis and optimal design of plates with reinforcing ribs is considered. The reinforcements are introduced along some lines for which shape parameters should be determined, so that the plate would be the best from the chosen point of view. First the sensitivity analysis with respect to shape properties of reinforcement is performed using adjoint approach. Next the relevant optimality conditions are formulated and some illustrative examples are presented.
W pracy rozpatrywany jest problem optymalnej dystrybucji materiału wzmacniającego w konstrukcjach tarczowych. Założono, że rozkład materiału wzmacniającego następuje wzdłuż linii o dowolnym kształcie, które tworzą linie funkcjonalnie odpowiadające żebrom. W etapie analizy konstrukcji wykorzystano metodę elementów skończonych, a w etapie syntezy wykorzystano hybrydowy algorytm ewolucyjny, w którym zastosowano gradientowe metody uczenia się osobników populacji macierzystej.
EN
In the paper the problem of reinforcing material distribution in disk like structures is considered. It was assumed that reinforcing material is distributed along lines of arbitrary shape corresponding functionally with ribs. In analysis step of the structure behaviour the finite element method was used. In synthesis step, based on optimization algorithm, hybrid evolutionary algorithm was used, in which gradient learning methods of parent population individuals were incorporated. The presented approach was illustrated with some examples of optimal design of reinforcements in disks loaded in their plane.
W pracy zaproponowano metodę obliczania zastępczych współczynników przewodności cieplnej w kierunku wzdłużnym i poprzecznym do włókien dla elementu konstrukcyjnego wykonanego z wielowarstwowego materiału kompozytowego wzmacnianego długimi włóknami o różnym kształcie przekroju poprzecznego.
EN
A method of calculating of substitute heat conduction ratios in the alongside and crosswise direction to fibres for the constructional element made from the multi-layer composite material strengthened with the long, various crosssection shape fibres was proposed in the work.
The results of investigation in the area of designing of two-dimensional structures made of fibre-reinforced composite materials subjected to service loading are presented. The problem of optimal design of fibre layout in the multilayer composite so that the structure should satisfy assumed requirements in the range of material mechanical properties is discussed. The hybrid optimisation algorithm, consists of a sequence of evolution and gradient-oriented procedures, is applied during design process. The problem considered in the paper is illustrated by some numerical examples.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The detection of defects as well as their location, orientation and size is performed using measurements of surface temperature either at some selected points or on selected surface areas or lines. The response temperature of a structure is caused by statically, quasi-statically or dynamically applied thermal load on some structural boundary parts or within its domain. On the basis of results of measurements, an inverse heat transfer problem is formulated for a model structure and next solved. The inverse solution is constructed by minimizing the properly defined distance norm of measured and model temperatures. The model temperature distribution is calculated using the finite element model of a structure, while in minimizing the distance norm functional the gradient-oriented methods are used. The proper sensitivities of introduced identification functional are also derived. Some simple examples illustrate the applicability of the proposed approach. Keywords: identification, sensitivity, thermographic methods, path-independent integrals
In this paper the influence of modification of the shape and material parameters of the softening interface on the behaviour of a disk is considered. The quality of the disk with softening interface is measured by an arbitrary behavioural functional. When looking for a better design of disk, the gradient optimality procedure is used where the sensitivities of the objective functional considered are obtained using either adjoint or direct approaches to sensitivity analysis. Some numerical examples justify the validity of the proposed procedure.
PL
W pracy jest rozważana analiza wrażliwości i optymalne projektowanie tarcz z interfejsami osłabiającymi. Interfejsy te mogą być utworzone przez naturalne lub syntetyczne materiały wprowadzone wzdłuż pewnych linii na wskroś grubości tarczy. Parametry materiałowe interfejsu są niższe niż materiału konstrukcji podstawowej. W pracy najpierw przedstawiono analizę wrażliwości osłabień, zarówno metodą bezpośrednią jak i metodą układów sprzężonych, ze względu na kształt i parametry materiałowe interfejsu. Następnie sformułowano odpowiednie warunki optymalności i zaprezentowano kilka przykładów optymalnego projektowania kształtu linii osłabień w konstrukcjach tarczowych.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this paper, the sensitivity analysis and optimal design of disks with reinforcing interfaces is considered. The reinforcements can be made of either natural or synthetic textile as well as of other materials, and are introduced along some lines within the disk domain throughout its thickness. The mechanical properties of interface are stronger than the properties of the disk. First a sensitivity analysis with respect to the shape and cross sectional properties of the reinforcement is performed using both direct and adjoint approaches. Next the relevant optimality conditions are formulated and some illustrative examples are presented.
PL
W pracy rozpatrzono analizę wrażliwości i optymalne projektowanie wewnętrznych wzmocnień w kompozytowych tarczach. Wzmocnienia w postaci przekładek o właściwościach mechanicznych znacznie przewyższających właściwości materiału tarczy, mogą być wykonane z tekstyliów z włókien naturalnych lub sztucznych lub też z innych materiałów. Analiza wrażliwości, z uwagi na kształt i własności przekładek, zo¬stała przeprowadzona przy wykorzystaniu metody bezpośredniej i metody układów sprzężonych. Sformułowane zostały warunki konieczne optymalnego kształtowania wzmocnień. Wykorzystanie otrzymanych warunków optymalności zilustrowano przykładami poszukiwania optymalnego kształtu przekładek włóknistych.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Due to extensive development of personal computers in last years and icreasing of their calculation power and data storage capacities, we can observe apid growth of computer programs and systems of programs which are irreplaceable help for engineers involved in almost all field of engineering. The mechanics of structure and materials is a very good example of real revolution in methodology of engineering calculations. This is due to continuous development of numerical methods applied in analyzing of structural response during its service.
For a linear structure reiforced with elastic fibers, the first variation of an arbitrary behavioral functional corresponding to variation of shape or orientation of fibers is derived by using the direct approach to sensivity analysis. The relevant optimality conditions for optimal design and identification problems are then derived. Both the static and dynamic loading cases are considered. Some simple examples illustrate the applicability of the presented approach.
PL
Wrażliwość i projektowanie ułożenia włókien w kompozycie. W pracy rozpatrzono pierwszą wariację dowolnego funkcjonału związaną z wariacją kształtu lub orientacji wzmacniających włókien w płaskiej liniowo-sprężystej tarczy. Wrażliwości rozpatrywanego funkcjonału wyznaczono wykorzystując metodę bezpośrednią analizy wrażliwości. Następnie sformułowano typowy problem optymalnego projektowania oraz problem identyfikacyjny i wyznaczono odpowiednie warunki optymalności. Rozpatrzono zarówno przypadek obciążeń statycznych, jak i dynamicznych.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.