Применение композитных материалов в тонкостенных элементах конструкций позволяет наиболее полно реализовать их специфические свойства, высокие удельные прочностные характеристики. Наряду с широко распространенными типовыми элементами в виде оболочек вращения, панелей и стержней перспективным представляется использование тонкостенных криволинейных стержней с замкнутым контуром сечения. Большой практический интерес представляют круговые элементы типа тора. Плоские криволинейные рамы встречаются в конструкциях летательных аппаратов и в составе судовых корпусов. При этом, нагрузка часто не лежит в плоскости кривизны таких элементов и характер нагружения не всегда является статическим.

Среди вопросов общей теории тонкостенных стержней [1], рассматриваются задачи статики криволинейных стержней с произвольным жестким контуром: изгиб и кручение плоского стержня с круговой осью малой кривизны, пространственная устойчивость круговых стержней, арок и торообразных оболочек с жестким профилем. Исследования свободных, вынужденных и случайных колебаний пространственно-криволинейных стержней [2] и исследование распространения волн продольных деформаций прямолинейных стержней со сплошным сечением затруднены, так как в литературе практически не имеется решений задач о распространении упругих волн в пространственно криволинейных стержнях.

Пример функционирования исследовательской среды, построенной с использованием нейросетевых технологий, в докладе иллюстрирован при моделировании эффектов, возникающих в результате воздействия импульсной нагрузки в направлении, ортогональном плоскости кривизны композиционных стержней.

Обобщенная структура программной среды исследования конструкций из композиционных материалов, а также методов расчета этих конструкций (рис.1) включает в себя следующие подсистемы:

• подсистему настройки;
• подсистему расчета и принятия решений, построенную на основе нейросети;
• подсистему визуализации.

Рис. 1. Обобщенная структура программной среды исследования

Ядро программной среды исследования тонкостенных композитных элементов конструкций в режиме импульсного нагружения построено с использованием типовых решений построения САПР (рис 2).

Когда нет необходимости, чтобы сеть в явном виде выдавала образец, т.е. когда достаточно, скажем, получать номер образца, ассоциативную память успешно реализует сеть Хэмминга. Данная разновидность нейросети характеризуется (что видно по ее структуре, рис. 3), в сравнении с чаще используемой сетью Хопфилда, снижением затрат на память и также снижением общего объема вычислений.

В основу программной среды исследования, рассматриваемой в докладе, положена нейронная сеть Хемминга, структура которой изображена на рис.3.

Идея данной конфигурации сети моделирования процессов, возникающих в результате воздействия импульсной нагрузки на поверхность тонкостенных криволинейных изделий с замкнутым контуром сечения, состоит в нахождении расстояния Хэмминга от тестируемого образца до всех образцов.

Рис. 3. Структура нейронной сети Хемминга

При этом, расстоянием Хэмминга принято считать число отличающихся битов в двух бинарных векторах. Сеть выбирает образец с минимальным расстоянием Хэмминга до неизвестного входного сигнала, в результате чего будет активизирован только один выход сети, соответствующий этому образцу.

На стадии инициализации весовым коэффициентам первого слоя и порогу активационной функции присваиваются следующие значения:

Алгоритм функционирования сети Хэмминга следующий:

После этого полученными значениями инициализируются значения аксонов второго слоя:

2. Вычислить новые состояния нейронов второго слоя:

и значения их аксонов:

Активационная функция f имеет вид порога, причем величина F должна быть достаточно большой, чтобы любые возможные значения аргумента не приводили к насыщению.

3. Проверить, изменились ли выходы нейронов второго слоя за последнюю итерацию. Если да – перейди к шагу 2. Иначе – завершение алгоритма.

При внимательной оценке алгоритма видно, что роль первого слоя весьма условна: воспользовавшись один раз на шаге 1 значениями его весовых коэффициентов, сеть больше не обращается к нему, поэтому первый слой может быть вообще исключен из сети (заменен на матрицу весовых коэффициентов).

В качестве типовой задачи применения программной среды для исследования поведения тонкостенных конструкций при динамических нагружениях, в докладе приводится пример расчета аэрогидроупругости в полной постановке для конструкции дирижабля “АЛА-500” со следующими габаритами: длинна - 224 м., ширина - 110 м (рис. 4).

Рис. 4. Упрощенная модель аппарата типа “АЛА-50”