Optimiranje nosilnih konstrukcij

Similar documents
OPTIMIRANJE IZDELOVALNIH PROCESOV

OA07 ANNEX 4: SCOPE OF ACCREDITATION IN CALIBRATION

IZRAČUN MEMBRANSKE RAZTEZNE POSODE - "MRP" za HLADNOVODNE SISTEME (DIN 4807/2)

Univerza v Ljubljani FS & FKKT. Varnost v strojništvu

Reševanje problemov in algoritmi

Multipla korelacija in regresija. Multipla regresija, multipla korelacija, statistično zaključevanje o multiplem R

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA POLONA ŠENKINC REŠEVANJE LINEARNIH DIFERENCIALNIH ENAČB DRUGEGA REDA S POMOČJO POTENČNIH VRST DIPLOMSKO DELO

ENAČBA STANJA VODE IN VODNE PARE

UNIVERZA V NOVI GORICI POSLOVNO-TEHNIŠKA FAKULTETA REŠEVANJE OPTIMIZACIJSKIH PROBLEMOV S PROGRAMSKIM PAKETOM SCICOSLAB DIPLOMSKO DELO.

Attempt to prepare seasonal weather outlook for Slovenia

UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS (leto / year 2017/18) Parcialne diferencialne enačbe Partial differential equations. Študijska smer Study field

UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS (leto / year 2017/18) Predmet: Analiza 3 Course title: Analysis 3. Študijska smer Study field ECTS

UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS Predmet: Analiza 1 Course title: Analysis 1. Študijska smer Study field. Samost. delo Individ.

Makroekonomija 1: 4. vaje. Igor Feketija

UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS. Študijska smer Study field. Samost. delo Individ. work Klinične vaje work

Baroklina nestabilnost

DETERMINATION OF THE EFFECTIVE STRAIN FLOW IN COLD FORMED MATERIAL

Simulacija dinamičnih sistemov s pomočjo osnovnih funkcij orodij MATLAB in Simulink

Izmenični signali moč (17)

TOPLJENEC ASOCIIRA LE V VODNI FAZI

Jamova cesta Ljubljana, Slovenija Jamova cesta 2 SI 1000 Ljubljana, Slovenia

UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS Numerical linear algebra. Študijska smer Study field. Samost. delo Individ. work Klinične vaje work

UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS (leto / year 2017/18) Študijska smer Study field ECTS

Optimizacija razporeditve preizkušanja in vzdrževanja varnostne opreme na podlagi najmanjšega tveganja

UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS (leto / year 2017/18) Predmet: Optimizacija 1 Course title: Optimization 1. Študijska smer Study field

PRIMERJAVA ANALITIČNIH PROGRAMSKIH ORODIJ PRI REŠEVANJU PROBLEMOV ODLOČANJA V POSLOVNIH PROCESIH

UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA NARAVOSLOVJE IN MATEMATIKO. Oddelek za matematiko in računalništvo MAGISTRSKA NALOGA. Tina Lešnik

Solutions. Name and surname: Instructions

ENERGY AND MASS SPECTROSCOPY OF IONS AND NEUTRALS IN COLD PLASMA

UNIVERZA V NOVI GORICI POSLOVNO-TEHNIŠKA FAKULTETA IZKORIŠČANJE ODPADNE TOPLOTE SINHRONSKEGA KOMPENZATORJA ZA OGREVANJE ZGRADB DIPLOMSKO DELO

UNIVERZA NA PRIMORSKEM FAKULTETA ZA MATEMATIKO, NARAVOSLOVJE IN INFORMACIJSKE TEHNOLOGIJE. O neeksaknotsti eksaktnega binomskega intervala zaupanja

Statistika 2 z računalniško analizo podatkov. Neizpolnjevanje predpostavk regresijskega modela

Študijska smer Study field. Samost. delo Individ. work Klinične vaje work. Vaje / Tutorial: Slovensko/Slovene

56 1 Upogib z osno silo

Modelska Analiza 1. University of Ljubljana Faculty of Mathematics and Physics. 3. naloga - Numeri na minimizacija

VAJE 2: Opisna statistika

Linearne enačbe. Matrična algebra. Linearne enačbe. Linearne enačbe. Linearne enačbe. Linearne enačbe

Optimizacija indukcijskega segrevanja z numeričnim modeliranjem in genetskim algoritmom

UNIVERZA NA PRIMORSKEM FAKULTETA ZA MATEMATIKO, NARAVOSLOVJE IN INFORMACIJSKE TEHNOLOGIJE

MECHANICAL EFFICIENCY, WORK AND HEAT OUTPUT IN RUNNING UPHILL OR DOWNHILL

FINITE-ELEMENT THERMAL ANALYSIS OF A NEW COOLER DESIGN

UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS. Študijska smer Study field. Samost. delo Individ. work Klinične vaje work

1 Ternik Primož - Zasebni raziskovalec, Bresterniška ulica 163, Bresternica

Calculation of stress-strain dependence from tensile tests at high temperatures using final shapes of specimen s contours

UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS (leto / year 2017/18) Diferencialne enačbe. Študijska smer Study field ECTS

LISREL. Mels, G. (2006). LISREL for Windows: Getting Started Guide. Lincolnwood, IL: Scientific Software International, Inc.

Termoelektrični pojav

MICROWAVE PLASMAS AT ATMOSPHERIC PRESSURE: NEW THEORETICAL DEVELOPMENTS AND APPLICATIONS IN SURFACE SCIENCE

Determining the Leakage Flow through Water Turbines and Inlet- Water Gate in the Doblar 2 Hydro Power Plant

KVANTITATIVNE METODE V PROMETU

UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS (leto / year 2017/18) Študijska smer Study field ECTS

Metrologija 17. okt., 2016

oblika število ur število KT izvaja Predavanja 45 1,5 učitelj Seminar 30 1 učitelj, sodelavec SKUPAJ 75 2,5

Assessment of surface deformation with simultaneous adjustment with several epochs of leveling networks by using nd relative pedaloid

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA SAŠO ZUPANEC MAX-PLUS ALGEBRA DIPLOMSKO DELO

Dinamika fluidov. Laminarni in turbulentni tok Viskoznost tekočin Faktor trenja h f

UNIVERZA NA PRIMORSKEM FAKULTETA ZA MATEMATIKO, NARAVOSLOVJE IN INFORMACIJSKE TEHNOLOGIJE. Kvadratne forme nad končnimi obsegi

Vsebina Od problema do načrta programa 1. del

OPTIMIZACIJSKE METODE skripta v pripravi

UNIVERZA NA PRIMORSKEM FAKULTETA ZA MATEMATIKO, NARAVOSLOVJE IN INFORMACIJSKE TEHNOLOGIJE

UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS. Študijska smer Study field. Samost. delo Individ. work Klinične vaje work

matematika + biologija = sistemska biologija? Prof. Dr. Kristina Gruden Prof. Dr. Aleš Belič Doc. DDr. Jure Ačimovič

Študijska smer Study field. Samost. delo Individ. work Klinične vaje work. Vaje / Tutorial: Slovensko/Slovene

Iterativne metode podprostorov 2010/2011 Domače naloge

MATEMATIKA 1 UNIVERZITETNI ŠTUDIJSKI PROGRAM BIOKEMIJA 1. LETNIK

MATEMATIKA 1 UNIVERZITETNI ŠTUDIJSKI PROGRAM BIOKEMIJA 1. LETNIK

Univerza v Ljubljani Fakulteta za strojništvo. Realna kontaktna površina in temperatura Poročilo laboratorijske vaje. Rok oddaje: Petek,

Univerza na Primorskem FAMNIT, MFI STATISTIKA 2 Seminarska naloga

Eulerjevi in Hamiltonovi grafi

Increasing process safety using analytical redundancy

R V P 2 Predavanje 05

Projektovanje paralelnih algoritama II

Hipohamiltonovi grafi

SVM = Support Vector Machine = Metoda podpornih vektorjev

Eksperimentalno presku{anje prenosa toplote v Lorenzovem postopku z uporabo zeotropnih zmesi

NIKJER-NIČELNI PRETOKI

Mitja MORI, Mihael SEKAVČNIK

Nelinearna regresija. SetOptions Plot, ImageSize 6 72, Frame True, GridLinesStyle Directive Gray, Dashed, Method "GridLinesInFront" True,

Problem umetnostne galerije

NUMERIČNA ANALIZA PRENOSNIKA TOPLOTE S CEVNIM SNOPOM IN PLAŠČEM

UNIVERZA NA PRIMORSKEM FAKULTETA ZA MATEMATIKO, NARAVOSLOVJE IN INFORMACIJSKE TEHNOLOGIJE

Izbolj{ana razpoznava du{enja z uporabo zvezne val~ne transformacije

Kazalniki energijske učinkovitosti stavb PURES 2010 nzeb KnaufInsulation Energija

TOPLOTNO OKOLJE IN UGODJE V PROSTORU II

USING THE DIRECTION OF THE SHOULDER S ROTATION ANGLE AS AN ABSCISSA AXIS IN COMPARATIVE SHOT PUT ANALYSIS. Matej Supej* Milan Čoh

Matematika 1. Gabrijel Tomšič Bojan Orel Neža Mramor Kosta

METODE ZA PREDVIDEVANJE (NAPOVEDOVANJE) VODOTOPNOSTI (topnosti spojin v vodi)

ANALIZA EKONOMSKE UČINKOVITOSTI JAHALNEGA CENTRA S POMOČJO LINEARNEGA PROGRAMIRANJA

Miha Troha. Robotsko učenje in planiranje potiskanja predmetov

Študijska smer Study field. Klinične vaje work. Nosilec predmeta / prof. dr. Peter Legiša, prof. dr. Bojan Magajna, prof. dr.

Verifikacija napovedi padavin

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA NARAVOSLOVJE IN MATEMATIKO. Oddelek za matematiko in računalništvo DIPLOMSKO DELO.

Analiza variance in linearna regresija

Inteligentni sistem vodenja proizvodne linije gumijevih profilov

UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS (leto / year 2017/18) Predmet: Statistika 2 Course title: Statistics 2. Študijska smer Study field

Jamova 2 SI 1000 Ljubljana, Slovenia Jamova Ljubljana, Slovenija

Digitalna tehnika. Delovni zvezek za laboratorijske vaje. doc. dr. Gorazd Pucihar. Ime in priimek študenta:

UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS Predmet: Numerične metode 1 Course title: Numerical methods 1. Študijska smer Study field

Magistrsko delo Program: Management kakovosti

Transcription:

Univerza v Ljubljani Fakulteta za strojništvo KKTS Katedra za konstruiranje in transportne sisteme LASOK Laboratorij za transportne naprave in sisteme ter nosilne strojne konstrukcije Optimiranje nosilnih konstrukcij 1 Univerza v Ljubljani - Fakulteta za strojništvo KKTS - LASOK Optimiranje nosilnih konstrukcij doc.dr. Boris Jerman, univ.dipl.inž.str. Govorilne ure: pisarna: FS - 414 telefon: 01/4771-414 boris.jerman@fs.uni-lj.si (Tema/Subject: ONK -...) Soavtor gradiva: i.prof.dr. Janez Kramar, univ.dipl.inž.str. 1

Univerza v Ljubljani - Fakulteta za strojništvo KKTS - LASOK Optimiranje nosilnih konstrukcij Obseg predmeta (5 ECTS): predavanja: 30 ur; seminar: 0 ur; vaje: 30 ur. Obveznosti: inskripcija/frekvenca (prisotnost); teorija: izpit/kolokvij (pozitivno > 50%); vaje: delo na vajah/domače delo/seminarska naloga (po skupinah). Vsak se mora sam prijaviti/odjaviti na/z izpit/a. 3 Univerza v Ljubljani - Fakulteta za strojništvo KKTS - LASOK Optimiranje nosilnih konstrukcij Gradivo za študente (prosojnice s predavanj): http://lab.fs.uni-lj.si/lasok/index.html/ http://www.fs.uni-lj.si/lasok/ Gradivo FS Optimiranje nosilnih konstrukcij (RR). Geslo za odpiranje študijskega gradiva! 4 2

Univerza v Ljubljani - Fakulteta za strojništvo KKTS - LASOK Optimiranje nosilnih konstrukcij LITERATURA 1. Jasbir S. Arora: Introduction to OPTIMUM DESIGN; Second edition; Elsevier Academic Press, Amsterdam,..., 2004. 2. Jasbir S. Arora: Introduction to OPTIMUM DESIGN; McGraw-Hill Book Company, New York,..., 1989. 3. Singiresu S. Rao: Engineering Optimization, Theory and Practise; John Wiley & Sons, New York,..., 1996. 4. JozsefFarkas, Karoly Jarmai: Analysis and Optimum Design of Metal Structures; Balkema, Rotterdam; 1997. 5 Univerza v Ljubljani - Fakulteta za strojništvo KKTS - LASOK Optimiranje nosilnih konstrukcij LITERATURA 5. Y.M. Xie and G.P.Steven: Evolutionary Structural Optimization; Springer- Verlag 1997. 6. A.A. Seireg, J. Rodriguez: Optimizing the Shape of Mechanical Elements and Structures; Marcel Dekker; 1997. 7. Helical Springs; Engineering Design Guides; prepared by The Spring Research Association; Oxford University Press, 1974. 8. Dubbel Taschenbuch fiir den Maschinenbau, 15. Auflage; Springer- Verlag, 1986. 6 3

Univerza v Ljubljani - Fakulteta za strojništvo KKTS - LASOK Optimiranje nosilnih konstrukcij Osnovni cilj predmeta: približati metode optimiranja inženirski praksi. Obravnavani so praktični primeri: - ki jih je mogoče matematično korektno popisati - in je njihovo reševanje relativno enostavno. V teoretskem smislu je snov naslonjena na literaturo Arora: Introduction to optimum desig [1], obseg pa prilagojen razpoložljivemu številu ur. Predstavljeni so tudi ustrezni pripadajoči postopki konstruiranja. 7 Uvod Strojništvo (samostojno ali interdisciplinarno) pokriva široko paleto izdelkov kot so: orodja, stroji, naprave (tudi transportne), vozila: cestna, tirnična, plovila: vodna, zračna, vesoljska, medicinski aparati in naprave, inštrumenti, gradbeni elementi, procesna oprema, pretvorniki energije, elementi informatike,... 8 4

V želji po konkurenčnejših izdelkih ( kvaliteta, cena, masa,...) se stalno razvija tudi inženirska optimizacija izdelkov - iskanje najboljšega rezultata ob danih okoliščinah. Pri snovanju, izdelavi in vzdrževanju inženirskega izdelka ali tehniškega sistema se je potrebno neprestano odločati o: tehniških vidikih estetskih, ekonomskih, ergonomskih, varnostnih,... vidikih. Skrajni cilj takih odločitev je minimizirati nastopajoče stroške ali maksimirati dobiček. Večina odločitev je vezanih na merljive veličine (zvezne ali diskretne), katerih učinek je možno izraziti v matematični obliki. 9 Ožje področje: Razvoja novega serijskega izdelka Niz prepletenih aktivnosti: zasnova, razne analize, (sprememba zasnove), (ponovne analize), konstruiranje, izdelava prototipa, preskušanje, sprememba detajlov ali sprememba zasnove, ponovne analize, popravek prototipa ali nov prototip, ponovno preskušanje,... ki vsebuje tudi elemente optimiranja. Nove generacije obstoječega serijskega izdelka morajo imeti vse boljše funkcionalne lastnosti, ob hkratnih poenostavitvah (pocenitvah). Spet je potrebno optimiranje. 10 5

Ožje področje: razvoja individualnega izdelka Individualno snovanje: izdelek za znanega kupca (naročilo), brez prototipa, v tekmi s konkurenco se uporablja optimizacijske postopke. Vrste optimiranja pri snovanju izdelka: klasično snovanje: k optimumu po intuiciji postopoma; matematično podprto optimalno snovanje: k optimumu z analitičnimi in numeričnimi matematičnimi sredstvi iterativno; interaktivno optimalno snovanje: k optimumu izmenično intuitivno in z matematičnimi sredstvi 11 Cenilna (ciljna) funkcija (angl.: cost function) V procesu razvoja je potrebno izdelek presojati (zgolj tehnično ali tudi ekonomsko,...). Presoja se lahko vrši s tehtanjem: enega ali več merljivih parametrov. 12 6

Cenilna (ciljna) funkcija (angl.: cost function) Primeri merljivih parametrov: izpolnjevanje funkcionalnih zahtev; količina vgrajenega gradiva (maso); lastna cena izdelka (cena gradiva, energije, dela,...); stroški izdelka v življenjski dobi (nabavna cena + cena obratovanja + cena vzdrževanja); raba energije (npr. pogonske enote); izguba toplote skozi stene; torne izgube; izkoristek. 13 Cenilna (ciljna) funkcija (angl.: cost function) Za presojo se ustvari cenilno funkcijo, ki zajame vse opazovane parametre z ustreznimi utežmi (ponderji) glede na njihovo pomembnost za določen cilj. Upoštevani parametri morajo biti zapisani z ustreznimi matematičnimi izrazi. Nosilne konstrukcije se optimira predvsem glede na: funkcionalnost, maso, lastno ceno, stroške v življenjski dobi. 14 7

Konstrukcijske spremenljivke (design variables) Vsaka konstrukcija vsebuje eno ali več komponent. Vsaka komponenta je lahko (glede na zasnovo) popisana z več spremenljivkami, ki enoznačno določajo njeno obliko. Poleg popisa oblike ima lahko tudi druge spremenljivke, npr. vrsta gradiva ali vrsta polizdelka. 15 Konstrukcijske spremenljivke (design variables) Spremenljivke so lahko: zvezne spremenljivke (geometrijske mere); nezvezne (diskretne) spremenljivke: število ojačilnih reber, vrsta gradiva, način izdelave,.... Vse navedene spremenljivke, ki enoznačno popišejo potrebne lastnosti konstrukcije v procesu optimiranja, so konstrukcijske spremenljivke. 16 8

Konstrukcijske spremenljivke (design variables) Isto komponento lahko enoznačno popišemo z različnimi nizi konstrukcijskih spremenljivk: Opredelitev oblike prečnega preseka pravokotne cevi: a) s spremenljivkami b, d in t, b) s spremenljivkami b sr, d sr in t. 17 Konstrukcijske omejitve in zahteve (design constraints) Vsak izdelek mora izpolniti niz zahtev in se podvreči mnogim omejitvam. Omejitve se uvršča v več skupin: I) Glede na matematično formo: Enakostne omejitve - ena ali več konstrukcijskih spremenljivk povezanih v enakostni pogoj (=). Neenakostne omejitve - ena ali več konstrukcijskih spremenljivk povezanih v neenakostni kriterij (<, ) (večina inženirskih nalog ima več neenakostnih omejitev). 18 9

Konstrukcijske omejitve in zahteve (design constraints) II) Glede na linearnost: Linearne omejitve - konstrukcijske spremenljivke nastopajo v linearni povezavi. Nelinearne omejitve - konstrukcijske spremenljivke nastopajo v nelinearni povezavi. 19 Konstrukcijske omejitve in zahteve (design constraints) III) Glede na eksplicitnost: Eksplicitna omejitev - posamezna konstr. sprem. v omejitvenem smislu ni funkcijsko povezana z drugimi. Implicitna omejitev konstr. spremenljivke so v omejitvenem smislu funkcijsko implicitno povezane. Vsaka konstrukcijska omejitev lahko zelo vpliva na položaj in velikost optimuma, zato je potrebno njeno uporabo dobro pretehtati in utemeljiti. 20 10

Sprejemljiva izvedba (feasible design)... nekega izdelka, konstrukcije ali sistema... je tista izvedba,... ki izpolnjuje vse postavljene zahteve (pogoje) in omejitve. Če izvedba ne izpolnjuje ene ali večih zahtev oz. omejitev je to nesprejemljiva izvedba (unfeasible design). 21 Dovoljeno območje (feasible region)... konstrukcijskih rešitev... obsega vse nabore konstrukcijskih spremenljivk,... kjer so izpolnjene vse zahteve (vsi pogoji) in vse omejitve. Dovoljeno območje: je toliko dimenzionalno, kolikor je neodvisnih konstrukcijskih spremenljivk. je omejeno z enakostnimi pogoji in neenakostnimi omejitvami. 22 11

Dovoljeno območje (feasible region) Primer optimizacijske naloge z eno neenakostno omejitvijo: ki določa dov. obm. kot obod in ploščino kroga s polmerom: 9 3 23 Opredelitev optimizacijske naloge (formulation of an optimizing problem) ima zelo pomembno mesto v optimizacijskem procesu. potrebna je jasna in celovita besedilna opredelitev. potrebna je prevedba v matematično govorico: cenilna funkcija, enakostni pogoji, neenakostne omejitve. 24 12

Primer 1: Konstrukcija izolacije kroglastega rezervoarja Besedilna opredelitev: Izbrati je potrebno optimalno debelino izolacije, ki bo minimizirala stroške vzdrževanja ohlajenosti vsebine rezervoarja, ki so sestavljeni iz stroškov namestitve izolacije ter stroškov obratovanja hladilne naprave. Upošteva naj se čas obratovanja 10 let in 5 % letno obrestno mero za vložena finančna sredstva. Polmer kroglastega rezervoarja r je znan. 25 Matematična opredelitev: 4... površina kroglastega rezervoarja; t... debelina izolacije t << r... realna predpostavka c 1 ( /m 3 )... cena na enoto volumna nameščene izolacije Prvi strošek je strošek namestitve izolacije: 4 26 13

Drugi strošek so toplotne izgube (izguba hladu) skozi izolacijo. Θ [K]... temperaturna razlika λ... toplotna prevodnost t [m]... debelina izolacije c 2 [ /kwh]... cena za enoto energije Toplotni tok skozi steno ob predpostavki t << r je: Letni strošek zaradi toplotnih izgub so: 27 Tretji strošek je obratovalni strošek hladilne naprave: toplotne izgube skozi izolacijo (več, kot se je izgubi), amortizacija ter strošek vzdrževanja hladilne naprave. c 3 [ /kwh]... dodaten strošek na kwh* nadoknadene energije. *... (kwh = 3,6 MJ) 28 14

T=10 [let]... celotna življenjska doba rezervoarja. (T = 10 let 365 dni/leto 24 h/dan = 87.600 h) o=0... obrestna mera - zaradi enostavnosti je časovni vpliv na vrednost denarja zanemarjen. Celoten strošek obratovanja znaša (cenilna funkcija): a b 29 Izgleda, kot da naloga nima nobenih pogojev in omejitev, vendar lahko hitro ugotovimo, da dodatna omejitev obstaja: debelina izolacije: t 0; oziroma: Ker brez izolacije ohladitev vsebine rezervoarja na želeno temperaturo sploh ni možna, je realna omejitev: t > 0; oziroma: Ker zelo tenkih izolativnih slojev ni mogoče izdelovati in nameščati, je dejanska omejitev: t t min. Zaradi prostorske stiske se pogosto pojavlja tudi omejitev debeline izolacije navzgor, kar ima običajno velik vpliv na lego optimalne točke. Tedaj obstaja še dodatna omejitev: t t max. 30 15

Rešitev je pri konkretnih podatkih enostavna: + + 0, ± 4 2 pri pogoju:, in/ali pri pogoju:, 31 Primer 1b: Konstrukcija izolacije kroglastega rezervoarja Podano inženirsko nalogo je mogoče obravnavati tudi v zahtevnejši obliki, ki je uporabna tudi za večje debeline izolacije, kjer ne velja več predpostavka: t << r Strošek namestitve izolacije se lahko zapiše s točnejšim zapisom volumna izolacije: 32 16

Primer 1b: Konstrukcija izolacije kroglastega rezervoarja Toplotne izgube se zapiše z obrazcem, ki upošteva debelostenskost izolacije in oba prestopnostna koeficienta: α... koeficient prestopa toplote z medija na steno posode, α... koeficient prestopa toplote z izolacije na okoliški zrak, λ... koeficient toplotne prevodnosti izolacije,... notranji premer izolacije = zunanji prem. rezervoarja = const.,... zunanji premer izolacije = spremenljivka, ki se jo išče. 33 Primer 2: Konstrukcija pločevinke za pivo prostornine 400 cm 3 Besedilna opredelitev: Optimirati je potrebno dimenzije pločevinke valjaste oblike, katere dimezije so zaradi uporabnosti omejene na: Globoki vlek drago orodje. Velike serije cena orodja se lahko zanemari. O rentabilnosti odloča predvsem poraba pločevine Optimira naj se poraba pločevine debelina pločevine je znana poraba premo sorazmerna s površino pločevinke. 34 17

Matematična opredelitev: Konstrukcijski spremenljivki: višina pločevinke h [mm], premer pločevinke d [mm]. Cenilna funkcija (površina valja): 35 Neenakostni omejitvi: Enakostni pogoj: Enakostni pogoj povezuje konstrukcijski spremenljivki h in d poenostavitev cenilne funkcije: 36 18

Cenilna funkcija sedaj vsebuje le še eno konstrukcijsko spremenljivko: Kandidatne točko za optimum se dobi z odvodom: od koder sledi: ter iz enačbe za višino: Kandidatna točka je tik ob meji, vendar znotraj dovoljenega področja konstrukcijskih spremenljivk: 37 Primer 3: Iskanje minimalnih stroškov izdelave Besedilna opredelitev: Izdeluje se N=100 izdelkov/dan. Sestavljajo se iz Z A =8 komponent A, Z B =5 komp. B in Z C =15 komp. C. Za komp. A je potrebnih 5 vijakov ali kovic, za B 6 vijakov ali kovic in za C trije vijaki ali kovice. Cena in vgradnja enega vijaka stane pri komp. A V A =0,70, pri komp. B V B =1,0 in pri komp. C V C =0,60 in ene kovice pri komp. A K A =0,60, pri komp. B KB=0,80 in pri komp. C K C =1,0. Zmogljivost delavnice je N V =6000 vgrajenih vijakov in N K =8000 vgrajenih kovic na dan. Koliko komp. naj bo vijačenih in koliko kovičenih, da so stroški najmanjši? 38 19

Primer 3: Iskanje minimalnih stroškov izdelave Matematična opredelitev: Konstrukcijske spremenljivke: x 1 število vijačenih komponent A na dan x 2 število kovičenih komponent A na dan x 3 število vijačenih komponent B na dan x 4 število kovičenih komponent B na dan x 5 število vijačenih komponent C na dan x 6 število kovičenih komponent C na dan 39 Primer 3: Iskanje minimalnih stroškov izdelave Matematična opredelitev: Cenilna funkcija (cena izdelave komponent na dan): Omejitve glede na dnevno potrebo po komponentah: 40 20

Primer 3: Iskanje minimalnih stroškov izdelave Matematična opredelitev: Omejitvi, ki izvirata iz zmogljivosti za vijačenje in kovičenje: Vse konstrukcijske spremenljivke morajo biti nenegativne (torej pozitivne ali enake nič): 41 Primer 3b: Iskanje minimalnih stroškov izdelave Pristop z drugega zornega kota. Pojavi se estetska omejitev, da kupce motijo mešane vijačene in kovičene komponente v istem izdelku. Zaradi tega se postavi novo zahtevo, da so komponente samo kovičene ali samo vijačene. V takem primeru zadostujeta samo dve konstrukcijski spremenljivki: x 1 število izdelkov na dan z vijačenimi komponentami; x 2 število izdelkov na dan s kovičenimi komponentami. 42 21

Primer 3b: Iskanje minimalnih stroškov izdelave Cenilna funkcija (cena izdelave komponent na dan): Enakostna omejitev: Omejitvi, ki izvirata iz zmogljivosti za vijačenje in kovičenje: 43 Primer 3b: Iskanje minimalnih stroškov izdelave oziroma: in Obe konstrukcijski spremenljivki morata biti nenegativni: kar drži. Kaj pa enakostna omejitev? 44 22

Primer 3b: Iskanje minimalnih stroškov izdelave Kaj pa enakostna omejitev (pogoj)? 52,17 69,57 121,74 100 Enakostno omejitev ni izpolnjena, zato dobljena rešitev ne leži v dovoljenem območju. Enakostno omejitev se uporabi za iskanje drugih kandidatnih točk za optimum: za izračun pripadajoče druge konstrukcijske spremenljivke ob znani (zaokroženi navzdol) prvi: 52 48 69 31 45 Primer 3b: Iskanje minimalnih stroškov izdelave Optimum je na eni od mej ali pa imamo lahko izjemoma isto rešitev povsod v intervalu: Optimum je na gornji meji vijačenih izdelkov: 52 52,17; 48 69,57. 46 23

Primer 4: Steber iz cevi okroglega preseka Besedilna opredelitev: Dimenzionirati je potrebno steber višine h iz krožne valjaste cevi polmerov r n in r z, ki je v tla vpet momentno skoraj popolnoma togo, obremenjen s tlačno silo F na vrhu stebra. Kriterij je najmanjšo porabo gradiva. Gradivo ima dopustno napetost s dop in gostoto r. 47 Primer 4: Steber iz cevi okroglega preseka Opombe: uklonska dolžina za momentno popolnoma togo (konzolno) vpetje bi bila: 2 ; uklonska dolžina za obravnavani primer je: =2,2 ; kadar se za dimenzioniranje uporabi neposredno Eulerjev obrazec in se pričakuje relativna vitkost več kot 1, mora biti faktor varnosti najmanj 2,5 (Krautov strojniški priročnik) 2,5, zato se pri optimiranju uporabi npr.: =2,5. 48 24

Primer 4: Steber iz cevi okroglega preseka Matematična opredelitev: Konstrukcijski spremenljivki: - notranji (r n ) in zunanji (r z ) polmer cevi. Pomembni statični vrednosti sta: - prerez cevi: - upogibni vztrajnostni moment: 49 Primer 4: Steber iz cevi okroglega preseka Cenilna funkcija: masa cevi, Brez upoštevanja vpetišča se jo zapiše: Neenakostne omejitve: - geometrijska zahteva: - kriterij za čisto tlačno trdnost: -... 50 25

Primer 4: Steber iz cevi okroglega preseka Neenakostne omejitve: -... - kriterij za centrično uklonsko trdnost: - kriterij za lokalno izbočitveno trdnost: Enakostnih pogojev v tem primeru ni. 51 26