donstuAdvanced Engineering Research (Rostov-on-Don)Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)2687-1653Don State Technical University10.12737/19690donstu-87Research ArticlePROCESSES AND MACHINES OF AGRO - ENGINEERING SYSTEMSПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМReliability-Based Design Optimization Strategy for Soil Tillage Equipment Considering Soil Parameter UncertaintyСтратегия оптимизации проектирования надежности почвообрабатывающей техники с учетом параметрической неопределенности почвыХармандаМухамад ГиасKharmandaGhias Mohamedmgk@scs-net.orgАнтибасИмад РизакаллаAntypasImad RezakallaImad.antypas@mail.ruЛундский университетШвецияLund UniversitySwedenДонской государственный технический университетРоссияDon State Technical UniversityRussian Federation201630062016162136147Copyright © Kharmanda G.M., Antypas I.R., 20162016Харманда М.Г., Антибас И.Р.Kharmanda G.M., Antypas I.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/87

The objective of this work is to provide an efficient tool of Reliability-Based Design Optimization (RBDO) for soil tillage machine design process in order to achieve designs with a required reliability (safety) level. An efficient methodology that controls the reliability levels for different statistical distribution cases of random soil properties is developed. This developed strategy is based on design sensitivity concepts in order to determine the influence of each random parameter. The application of this method consists in taking into account the uncertainties on the soil tillage forces. The tillage forces are calculated in accordance with analytical model of McKyes and Ali with some modifications to include the effect of both soil-metal adhesion and tool speed. The different results show the importance of the developed strategy to improve the performance of the soil tillage equipments considering both random geometry and loading parameters.

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.

designoptimizationstructural reliabilityrandom variablessoil propertiessoil tillage equipmentпроектированиеоптимизациянадежность конструкциислучайные переменныесвойства почвыпочвообрабатывающая техникаReferencesArora, J.S. Introduction to Optimum Design. McGraw-Hill, New York, NY, 1989.Arora, J.S. Introduction to Optimum Design. McGraw-Hill, New York, NY, 1989.Haftaka, R.T., Gurdal, Z. Elements of Structural Optimization. Kluwer Academic Publications, Dordrecht, Netherlands, 1991.Haftaka, R.T., Gurdal, Z. Elements of Structural Optimization. Kluwer Academic Publications, Dordrecht, Netherlands, 1991.McKyes, E., Ali, O.S. The Cutting of Soil by Narrow Blades. Journal of Terramechanics, 1977, vol. 14, no. 2, pp. 43-58.McKyes, E., Ali, O.S. The Cutting of Soil by Narrow Blades. Journal of Terramechanics, 1977, vol. 14, no. 2, pp. 43-58.Mouazen, A.M. and Nemenyi, M. Finite element analysis of subsoiler cutting in non-homogeneous sandy loam soil. Soil & Tillage Research, 1999, no. 51, pp. 1-15.Mouazen, A.M. and Nemenyi, M. Finite element analysis of subsoiler cutting in non-homogeneous sandy loam soil. Soil & Tillage Research, 1999, no. 51, pp. 1-15.Hasofer, A.M., Lind, N.C. An exact and invariant first order reliability format. J. Eng. Mech, ASCE, EM1, 1974, no. 100, pp. 111-121.Hasofer, A.M., Lind, N.C. An exact and invariant first order reliability format. J. Eng. Mech, ASCE, EM1, 1974, no. 100, pp. 111-121.Lemaire, M. Fiabilité des structures. Paris, Hermes- Lavoisier, 2005, p. 506.Lemaire, M. Fiabilité des structures. Paris, Hermes- Lavoisier, 2005, p. 506.Feng, Y.S., Moses, F. A method of structural optimization based on structural system reliability study of numerical methods. J. Struct. Mech., 1986, no. 14, pp. 437-453.Feng, Y.S., Moses, F. A method of structural optimization based on structural system reliability study of numerical methods. J. Struct. Mech., 1986, no. 14, pp. 437-453.Kharmanda, G. Numerical and semi-numerical methods for reliability-based design optimization. Structural Design Optimization Considering Uncertainties. Taylor & Francis, 2008.Kharmanda, G. Numerical and semi-numerical methods for reliability-based design optimization. Structural Design Optimization Considering Uncertainties. Taylor & Francis, 2008.Aoues, Y., Chateauneuf, A. Benchmark study of numerical methods for reliability-based design optimization. Journal of Struct. Multidisc. Optim, 2010, vol. 41, no. 2, pp. 277-294.Aoues, Y., Chateauneuf, A. Benchmark study of numerical methods for reliability-based design optimization. Journal of Struct. Multidisc. Optim, 2010, vol. 41, no. 2, pp. 277-294.Kharmanda, G., Antypas, I., Integration of Reliability Concept into Soil Tillage Machine Design. Vestnik of DSTU, 2015, no. 15(2), pp. 22-35.Kharmanda, G., Antypas, I., Integration of Reliability Concept into Soil Tillage Machine Design. Vestnik of DSTU, 2015, no. 15(2), pp. 22-35.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.