OPTIMAL DESIGN OF SHELL CONSTRUCTIONS TAKING INTO ACCOUNT THE EVOLUTION OF CORROSION DAMAGE

Заголовок (англійською): 
OPTIMAL DESIGN OF SHELL CONSTRUCTIONS TAKING INTO ACCOUNT THE EVOLUTION OF CORROSION DAMAGE
Автор(и): 
A.P. Dzyuba
A.A Dzyuba
L.D. Levitina
Автор(и) (англ): 
A.P. Dzyuba
A.A Dzyuba
L.D. Levitina
Ключові слова (укр): 
моделювання еволюції корозійного ураження, оболонки, міцність, агресивне середовище, оптимальне проектування
Ключові слова (англ): 
modeling of corrosion damage evolution, shells, strength, aggressive environment, optimal design
Анотація (укр): 
Розроблено алгоритм комп’ютерного моделювання еволюції корозійного зношування матеріалу поверхні оболонкових елементів конструкцій в умовах спільної дії механічних зовнішніх навантажень та впливу агресивного середовища. Побудована математична модель деформування оболонок обертання зі змінною в результаті корозії зовнішньою і внутрішньою складовими товщини стінки. Запропонований алгоритм дозволяє прослідкувати в часі процес корозійної деградації матеріалу поверхні оболонок обертання у відповідності до довільних (існуючих) математичних моделей корозії з початкового моменту часу до повного руйнування внаслідок корозійної втрати матеріалу. Розроблено оригінальний алгоритм вибору оптимальних параметрів оболонок обертання та дослідження їх довговічності з урахуванням корозійної деградації матеріалу поверхні, суть якого полягає в оптимізації параметрів конструкції в кінцевий момент часу її довговічності, подальшого зворотного двостороннього нарощування «жертовного» шару матеріалу та раціонального доопрацювання проекту за технологічними вимогами. Вирішення задачі вагової оптимізації оболонки за умов несиметричного двостороннього нерівномірного, в результаті корозійного ураження, матеріалу поверхні здійснюється з використанням необхідних умов оптимальності у формі принципу максимуму Л. С. Понтрягіна з фазовими обмеженнями. Проблема вдоволення технологічним вимогам в початковий момент часу формулюється як задача найкращої квадратичної апроксимації отриманих неперервних керувань у вигляді оптимально-змінної товщини стінки оболонки кусково-постійною функцією. Приведені числові результати комп’ютерного моделювання корозійної деградації матеріалу поверхні та вибору оптимальних параметрів циліндричного резервуара для зберігання нафтопродуктів в умовах одночасної дії силового навантаження та впливу агресивного середовища.
Анотація (англ): 
An algorithm for computer modeling of the evolution of corrosion wear of the surface of shell elements under conditions of joint action of mechanical external loads and the impact of aggressive environments has been developed. The algorithm of optimal design of shell structures taking into account corrosion degradation of the material surface is constructed, the essence of which is to optimize the design parameters at the end of its durability, further reverse build-up of the sacrificial layer of material and rational refinement of the project according to technological requirements. The results of weight optimization of a cylindrical tank for storage of petroleum products under conditions of asymmetric bilateral corrosion damage to the material surface are presented.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2022, номер 108
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2022, issue 108
Мова статті: 
English
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
02-108_dzyuba_a.p._dzyuba_a.a._levitina_l.d.pdf
Дата публікації: 
01 July 2022
Номер збірника: 
108
Університет автора: 
Oles Honchar Dnipro National University, Dnipro
References: 
1.     Ovchynnykov Y.H., Mavzovyn V.S. Tendentsyy v optymalnom proektyrovanyy metallycheskykh konstruktsii s uchetom uslovyi ekspluatatsyy. (Trends in the optimal design of metal structures taking into account operating conditions ) // Inzhenerno-stroytelniy vestnyk Prykaspyia: nauchno-tekhnycheskyi zhurnal. Astrakhan: HAOU AO VO «AHASU». – 2020. – № 1(31). –  PP. 43-50. (in Russian).2.     Kablov E.Y., Startsev O.V., Medvedev Y.M. Obzor zarubezhnoho opыta yssledovanyia korrozyy y sredstv zashchyty ot korrozyy. (Review of foreign experience in corrosion research and corrosion protection.) // Avyatsyonnie materyalyi y tekhnolohyy. – 2015. – № 2. – PP. 75-87. (in Russian).3.     Kablov E.Y., Startsev O.V. Fundamentalnie y prykladnie yssledovanyia korrozyy y starenyia materyalov v klymatycheskykh uslovyiakh (obzor). (Fundamental and applied studies of corrosion and aging of materials in climatic conditions (review).// Avyatsyonnye materyalyi y tekhnolohyy. – 2015. – № 4.– PP. 37-51. . (in Russian).4.     Zelentsov D.H., Fylatov H.V. Obzor yssledovanyi po prymenenyiu metodov nelyneinoho matematycheskoho prohrammyrovanyia k optymalnomu proektyrovanyiu konstruktsyi, vzaymodeistvuiushchykh s ahressyvnoi sredoi. (Review of research on the application of nonlinear mathematical programming methods to the optimal design of structures that interact with aggressive environments) // Vopr. khymyy y khym. tekhnolohyy. – 2002. № 4. – PP. 108-115. (in Russian).5.     Petrov V.V., Ovchynnykov Y.H., Shykhov Yu.M. Raschet elementov konstruktsyi, vzaymodeistvuiushchykh s ahressyvnoi sredoi (Calculation of structural elements interacting with aggressive environments. // Saratov. − 1987. – 288 p. (in Russian).6.     Fridman M.M., Elishakoff  I. Design of bars in tension or compression exposed to a corrosive environment. – Ocean Systems Engineering. – 2015. – Vol. 5. – Iss. 3. – P. 218-228.7.     Fridman M.M. Optimal design of tubular bar structures subject to corrosion // Problem of mashinostroeniya. – Journal of Mechanical Engineering.– 2016. – Vol. 19. – No. 3. – P. 37-42.8.     Fridman M.M. Optimal Design of Bending Elements in Condition of Corrosion and Material Damage. – Journal of Mechanical Engineering. –2019. – Vol. 22. – No. 3. – P.  63-69.9.     Hutman E.M. Mekhanokhymyia metallov y zashchyta ot korrozyy (Mechanochemistry of metals and corrosion protection.) // Moskva. − 1981. – 270 pp. (in Russian).10.   Dzhonson H. Vlyianye sredy na razrushenye vysokoprochnykh materyalov.(Influence of the environment on the destruction of high-strength materials)// Razrushenye. – Moskva, 1976. – Tom  3. – PP. 729-775 (in Russian).11.   Ovchynnykov Y.H., Potchman Yu.M. Tonkostennye konstruktsyy v uslovyiakh korrozyonnoho yznosa. Raschyot y optymyzatsyia. (Thin-walled structures in conditions of cor­rosion wear. Calculation and optimization ) // Dnipro: Vyd-vo DDU, 1998. – 192 p. (in Russian).12.   Dziuba A.P., Vasylenko O.H., Dziuba O.A. Kompiuterne modeliuvannia koro-ziinoho urazhennia kiltsevykh plastyn pry poperechnomu navantazhenni. (Computer simulation of corrosion of annular plates under transverse loading. ) // Problemy obchysliuvalnoi mekhaniky i mitsnosti konstruktsii: zb. nauk. prats.–2012. – Vyp. 20. – PP.162-169. (in Ukrainian)13.   Fylatov H.V. Optymalnoe proektyrovanye tonkostennykh obolochek, pod.-verzhennykh vlyianyiu ahressyvnoi sredy (Optimal design of thin-walled shells subject to the influence of aggressive environment) // Vopr. khymyy y khym. tekhnolohyy.– 2009. – № 3. – PP. 191-195. (in Russian).14.   Filatov H.V. Optymalne proektuvannia konstruktsii z obmezhenoiu dovho-vichnistiu (Optimal design of structures with limited durability) // Voprosy khymyy y khymycheskoi tekhnolohyy //  Dnipro, 2004. – Vyp. 6. – PP. 123-128 (in Russian).15.   Dolynskyi V. M. Raschet elementov konstruktsyi, podverzhennykh ravnomernoi korrozyy (Calculation of structural elements subject to uniform corrosion) //. – Issledovanyia po teoryy obolochek. – Kazan, 1976.– Vyp. 7. – PP. 37-42. (in Russian).16.   Zelentsov D.H., Kazantseva T. S. Obosnovanye vybora matematycheskykh modelei, opysyvaiushchykh protsess korrozyy pod napriazhenyem v metallycheskykh elementakh konstruktsii. (Rationale for the choice of mathematical models describing the stress corrosion process in metallic structural elements ) // Vopr. khymyy y khym. tekhnolohyy. – 2003. – № 2. – PP. 146-148. (in Russian).17.   Filatov H.V. Matematychne modeliuvannia protsesiv koroziinoho ruinuvannia pid napruzhenniam (Mathematical modeling of the processes of corrosion damage under stress.) //  Dnipro, UDKhTU, 2002. – 208 p. (in Russian).18.   Byderman V.L. Mekhanyka tonkostennykh konstruktsyi (Mechanics of thin-walled structures) // Moskva,  Mashynostroenye, 1977. – 488 p. (in Russian).19.   Hodunov S. K. O chyslennom reshenyy kraevykh zadach dlia system lyneinykh obyknovennykh dyfferentsyalnykh uravnenyi (On the numerical solution of boundary value problems for systems of linear ordinary differential equations) // Uspekhy matemat. nauk. – 1961. – Tom  16, № 3. – PP. 171-174. (in Russian).20.   Pontriahyn L.S., Boltianskyi V.H., Hamkrelydze R.V., Myshchenko  E.V. Matematycheskaia teoryia optymalnykh protsessov (Mathematical theory of optimal processes.) // Moskva,  Nauka, 1969. – 384 p. (in Russian).21.   Dziuba A.P. Metod poslidovnykh nablyzhen rozviazuvannia zadach optymalnoho keruvannia z obmezhenymy fazovymy koordynatamy dlia optymizatsii sylovykh elementiv konstruktsii (Method of successive approximations for solving optimal control problems with bounded phase coordinates for optimization of power elements of structures) // Probl. obchysl. mekhaniky i mitsnosti konsturktsii : sb. nauchn. tr. – Dnipro: Navchalna knyha. – 1999. – Vyp. 5. – PP. 61 – 85. (in Ukrainian)22 Malkov V.P., Uhodchykov A.H.. Optymyzatsyia upruhykh system (Optimization of elastic systems) //  Moskva,  Nauka.– 1981. 288 p. (in Russian).