ОПТИМИЗАЦИЯ НАДЗЕМНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РЕЗЕРВУАРОВ ПРИ ВЗРЫВНОЙ НАГРУЗКЕ С УЧЕТОМ ЭФФЕКТОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЖИДКОСТИ И КОНСТРУКЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЛГОРИТМА PSO

Аннотация

Наземные резервуары для хранения жидкостей характеризуются существенно более высокой уязвимостью к воздействию взрывных нагрузок по сравнению с заглублёнными и полузаглублёнными бетонными и стальными резервуарами, что обусловлено их открытым расположением. Для адекватной оценки напряжённо-деформированного состояния наземных резервуаров необходимо учитывать эффекты взаимодействия жидкости и конструкции (Fluid–Structure Interaction, FSI). В связи с этим в программном комплексе ABAQUS были разработаны 24 конечно-элементные модели цилиндрических железобетонных резервуаров, подвергаемых воздействию взрывной нагрузки с учётом FSI-эффектов. В качестве варьируемых параметров рассматривались масса взрывчатого вещества, расстояние до эпицентра взрыва, уровень заполнения резервуара жидкостью, высота стенки резервуара и размер конечных элементов расчётной сетки. В качестве исследуемых параметров отклика анализировались кольцевые (обручные) напряжения и радиальные перемещения конструкции. Проектные ограничения были заданы в виде максимально допустимого кольцевого напряжения 30 МПа и предельно допустимого перемещения 20 мм. Оптимальная конструкция резервуара была разработана с использованием бетона класса C30 и арматурной стали с пределом текучести 400 МПа. Геометрические параметры резервуара составили 15 м по высоте и 33,85 м по диаметру. Масса заряда взрывчатого вещества и расстояние до объекта были приняты равными 1000 кг и 10 м соответственно. В качестве целевой функции рассматривалась минимизация массы резервуара при одновременном соблюдении ограничений по прочности и деформативности. По результатам оптимизации с использованием алгоритма роя частиц (Particle Swarm Optimization, PSO) установлено, что минимальный вес цилиндрического железобетонного резервуара составляет 23 933 кН. Достижение оптимального решения было обеспечено приблизительно после 25 итераций алгоритма.