Целью данной работы является разработка эффективного и надежного метода проектирования почвообрабатывающих машин для получения конструкции с требуемой надежностью и высоким уровнем безопасности. Разработана эффективная методология, контролирующая уровень надежности для различных ситуаций статистического распределения изученных случайных свойств почвы. Разработанный метод основан на концепции чувствительности конструкции, обеспечивающей способность определять влияние каждого случайного параметра. Особенность этого метода состоит в том, что он принимает в расчет неопределенные силы при обработке почвы. Силы почвообрабатывающей техники рассчитываются в соответствии с аналитической моделью McKyes и Али с некоторыми изменениями, включающими влияние как адгезии почвы и металла, так и скорости машины. Различные результаты показывают важность разработанного метода для повышения производительности почвообрабатывающих машин с учетом и случайной геометрии, и заданных параметров.
проектирование, оптимизация, надежность конструкции, случайные переменные, свойства почвы, почвообрабатывающая техника.
In the deterministic design optimization [1,2], the designer aims to reduce the engineering design cost without caring about the effects of uncertainties concerning materials, geometry and loading. The resulting optimal solution may therefore represent an inappropriate reliability level. However, the integration of reliability analysis during the optimization process leads to reduce the structural weight in uncritical regions that does not only provide an improved design but also a higher level of confidence in the design. This approach can be carried out in two separate spaces: the physical space and the normalized space. Since many repeated searches are needed in the above two spaces, the computational time for such an optimization is a big problem. The solution of the above nested problems leads to a high computational cost, especially for large-scale structures. The major difficulty lies in the structural reliability evaluation, which is carried out by a special optimization procedure. In order to improve the numerical performance, an efficient method is developed based on the optimality conditions. In this work, we use a statistical study of the soil tillage forces, based on soil property randomness.
1. Arora, J.S. Introduction to Optimum Design / J.S. Arora // McGraw-Hill, New York, NY. - 1989.
2. Haftaka, R.T. Elements of Structural Optimization / R.T. Haftaka, Z. Gurdal // Kluwer Academic Publications, Dordrecht, Netherlands. - 1991.
3. McKyes, E. The Cutting of Soil by Narrow Blades / E. McKyes, O.S. Ali // Journal of Terramechanics. - 1977. - Vol. 14, № 2. - P. 43-58.
4. Mouazen, A.M. Finite element analysis of subsoiler cutting in non-homogeneous sandy loam soil / A.M. Mouazen and M. Nemenyi // Soil & Tillage Research. - 1999. - № 51. - P. 1-15.
5. Hasofer, A.M. An exact and invariant first order reliability format / A.M. Hasofer, N.C. Lind // J. Eng. Mech, ASCE, EM1. - 1974. - № 100. - P. 111-121.
6. Lemaire, M. Fiabilité des structures / M. Lemaire // Paris, Hermes- Lavoisier. - 2005. - P. 506.
7. Feng, Y.S. A method of structural optimization based on structural system reliability study of numerical methods / Y.S. Feng, F. Moses // J. Struct. Mech. - 1986. - № 14. - P. 437-453.
8. Kharmanda, G. Numerical and semi-numerical methods for reliability-based design optimization / G. Kharmanda // Structural Design Optimization Considering Uncertainties / Taylor & Francis. - 2008.
9. Aoues, Y. Benchmark study of numerical methods for reliability-based design optimization / Y. Aoues, A. Chateauneuf // Journal of Struct. Multidisc. Optim. - 2010. - Vol. 41, № 2, - P. 277-294.
10. Kharmanda, G. Integration of Reliability Concept into Soil Tillage Machine Design / G. Kharmanda, I. Antypas // Vestnik of DSTU. - 2015, № 15(2). - P. 22-35.
