میهن فایل

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فهرست جدول‌ها ‌ه

فهرست شكل‌‌ها ‌و

فصل 1- مقدمه 1

1-1- بيان مسئله 1

1-2- ساختار پايان نامه 2

فصل 2- مقدمه اي بر کامپوزيتها و الگوريتم ژنتيک 4

2-1- تعريف کامپوزيت 4

2-2- تاريخچه کامپوزيتها 4

2-3- مزاياي استفاده ازكامپوزيت ها 5

2-4- كاربرد کامپوزيتها 6

2-5- طبقه بندي کامپوزيتها 8

2-5-1- کامپوزيتهاي ذره اي(تقويت شده باذرات 8

2-5-2- کامپوزيتهاي ليفي(تقويت شده باالياف) 9

2-6- انواع الياف مورداستفاده دركامپوزيت ها 10

2-6-1- الياف شيشه: 10

2-6-2- الياف كربن 11

2-6-3- الياف آراميد (كولار) 11

2-6-4- الياف برن (Boron ) 12

2-6-5- الياف پلي اتيلن 12

2-6-6- الياف سراميكي 12

2-6-7- الياف فلزي 12

2-7- ماتريس هاي پليمري 13

2-7-1- ماتريس اپوكسي 13

2-7-2- ماتريس پلي استر 14

2-7-3- ماتريس فنوليك 15

2-8- معادلات ساختاري کامپوزيت ها 15

2-8-1- قانون عمومي هوك 15

2-9- تقارن مواد 18

2-9-1- مواد منوكلينيك 18

2-9-2- مواد اورتوتروپيك 21

2-9-3- ايزوتروپ جانبي 23

2-9-4- مواد ايزوتروپ 24

2-10- ثابتهاي مهندسي 25

2-11- ماتريس هاي سفتي در يک لمينيت 29

2-12- ثابت هاي مهندسي يک لايه چيني 31

2-13- ثابت هاي مهندسي درون صفحه اي يک چندلايه 32

2-13-1- ثابت هاي کششي يک چند لايه [6] 32

2-13-2- ثابت هاي خمشي يک چندلايه[6] 33

2-14- الگوريتم ژنتيک 33

2-14-1- پيشگفتار 33

2-15- برازندگي 37

2-16- توليد مثل 38

2-16-1- انتخاب 39

2-16-2- انتخاب بر اساس گردونهي شانس 39

2-16-3- روش انتخاب متناسب 40

2-16-4- روش انتخاب مسابقهاي (تورنمنت) 41

2-16-5- انتخاب نخبهگرا 41

2-17- عملگرهاي ژنتيکي 42

2-17-1- همگذري (ادغام) 42

2-17-2- جهش 48

فصل 3- مروري بر پژوهش هاي پيشين 50

فصل 4- مدلسازي، تحليل و بهينه سازي 58

4-1- مقدمه 58

4-2- مراحل طراحي و تحليل تير I- شکل 59

4-3- مرحله اول (مدل کردن) 59

4-3-1- قسمت sketch 60

4-4- مرحله دوم (مشخص کردن مواد) 62

4-5- مرحله سوم (اسمبلي کردن) 65

4-6- مرحله چهارم (طراحي مراحل حل step) 65

4-7- مرحله پنجم (مرحله بارگذاري) 66

4-8- مرحله ششم (مرحله المان بندي (مش بندي)) 68

4-9- مرحله هفتم (حل) 69

4-10- مشاهده نتايج 69

4-11- بهينه سازي و بررسي نتايج 70

4-11-1- روش رگرسيون چند متغيره جهت پيشبيني وزن و سفتي 70

4-12- بهينهسازي به کمک الگوريتم ژنتيک 75

4-12-1- بهينهسازي چند متغيره 75

4-12-2- بهينهسازي سفتي بصورت تک هدفه 80

4-13- بررسی اثر جنس 82

4-14- بررسی اثر چیدمان لایه ها 83

فصل 5- نتيجه‌گيري و پيشنهادها 85

5-1- نتيجه‌گيري و جمعبندي 85

5-2- پيشنهادها 88

فهرست مراجع 89

فهرست جدول‌ها

عنوان صفحه

جدول ‏ 4 1: خواص مکانيکي کامپوزيت ها []. 59

جدول ‏ 4 2: نتايج عددي 71

جدول ‏ 4 3: مقادير بهينه معرفي شده توسط الگوريتم ژنتيک(جبهه پارتو) 77

جدول ‏ 4 4: نتيجه حاصل از الگوريتم ژنتيک براي بهينهسازي سفتي. 82

جدول ‏ 4 5: خواص فیزیکی مکانیکی شیشه/اپوکسی، گرافیت/اپوکسی و فولاد. 82

جدول ‏ 4 6: تغییر شکل ناشی از چیدمان لایه های مختلف 83

فهرست شكل‌‌ها

عنوان صفحه

شکل ‏ 2 1: نمونه هايي ازكاربرد كامپوزيت هادرصنايع مختلف 7

شکل ‏ 2 2: تقارن نسبت به صفحه x1-x2 19

شکل ‏ 2 3: لايه تک جهته off axis 21

شکل ‏ 2 4: تقارن نسبت به صفحات x1-x2 و x2-x3 22

شکل ‏ 2 5: کامپوزيت اورتوتروپ 23

شکل ‏ 2 6: ماده ايزوتروپ جانبي 24

شکل ‏ 2 7: ثابتهاي مهندسي براي مواد ايزوتروپ عرضي 27

شکل ‏ 2 8: پارامترهاي مختلف مربوط به يک لايه چيني []. 29

شکل ‏ 2 9: نمايي از شکل يک کروموزوم بکار گرفته شده در الگوريتم ژنتيک [7]. 35

شکل ‏ 2 10: يک نمونه گردونه شانس [7] 40

شکل ‏ 2 11: نمايش فرايند همگذري [7]. 42

شکل ‏ 2 12: ادغام تک نقطهاي. 43

شکل ‏ 2 13: ادغام دو نقطهاي. 44

شکل ‏ 2 14: ادغام چند نقطهاي در صورتيکه تعداد مکانها زوج باشد. 45

شکل ‏ 2 15: ادغام چند نقطهاي در صورتيکه تعداد مکانها فرد باشد. 45

شکل ‏ 2 16: ادغام يکنواخت. 46

شکل ‏ 2 17: ادغام تصادفي با استفاده از مقدار Mask. 47

شکل ‏ 3 1: دسته بندي مدلهاي معمول کامپوزيتي بر اساس مقدار پيچيدگي []. 51

شکل ‏ 3 2: دسته بندي آناليز سازه هاي کامپوزيتي بر حسب پيچيدگي. 54

شکل ‏ 3 3: دسته بندي سطوح بهينه سازي بر حسب پيچيدگي. 55

شکل ‏ 4 1: ابعاد انتخابي از جدول اشتال. 58

شکل ‏ 4 2: مشخصات اوليه part. 60

شکل ‏ 4 3 : Sketch مربوط به تير مورد نظر 61

شکل ‏ 4 4: نماي سه بعدي تير مورد نظر. 62

شکل ‏ 4 5: وارد کردن خواص مکانيکي کامپوزيت تک لايه. 63

شکل ‏ 4 6: چيدمان لايههاي کامپوزيتي. 64

شکل ‏ 4 7: زاويه الياف در بال و جان تير I- شکل. 64

شکل ‏ 4 8: محيط اسمبل کردن نمونه 65

شکل ‏ 4 9: انتخاب نحوه اعمال نيرو. 66

شکل ‏ 4 10: اعمال نيرو و شرايط مرزي 67

شکل ‏ 4 11: مش بندي نمونه. 69

شکل ‏ 4 12: مشاهده نتايج 70

شکل ‏ 4 13: احتمال نرمال باقيماندهها براي رگرسيون سفتي 74

شکل ‏ 4 14: پراکندگي باقيماندهها براي رگرسيون سفتي 74

شکل ‏ 4 15: پراکندگي زماني باقي ماندههاي رگرسيون سفتي 75

شکل ‏ 4 16: جبهه پارتو 77

شکل ‏ 4 17: رابطه بهينه بين سفتي و وزن 80

شکل ‏ 4 18: روند توليد نسل براي رسيدن به حداقل زبري سطح 81

شکل ‏ 5 1: نتيجه حاصل از تاثير پارامترهاي ورودي بر روي سفتي 85

شکل ‏ 5 2: تاثير پارامترهاي مختلف بر سفتي خمشي. 87

مواد کامپوزيتي در صنعت براي سالهاي زيادي استفاده شده است زيرا آنها در مقايسه با مواد ايزوتروپيک همگن عملکرد بهتري دارند. کامپوزيتهاي پيشرفته­اي مانند الياف شيشه و کربن به طور گسترده­اي در صنايع هوافضا استفاده مي­شود. مزاياي استفاده از کامپوزيت­ها مانند استحکام و سفتي بالا، مقاومت به خوردگي خوب، و انبساط حرارتي پايين، آنها را يک اولويت اصلي در ساخت بدنه هواپيما و موارد ديگر کرده است. همچنين گستردگي محدوده انتخاب مواد به طراح اين امکان را مي دهدکه به خواص مورد نظر براي يک کاربرد خاص دسترسي راحتي داشته باشد.

مزاياي خواص مواد و انعطافپذيري در انتخاب مواد، مواد کامپوزيت را يک اولويت اصلي در کاربردهاي سازه اي کرده است. بر خلاف مواد ايزوتروپيک، مطالعه پارامتريک تيرهاي کامپوزيتي براي طراحي بهينه،به دليل بالا بودن تعداد پارامترهاي دخيل در طراحي مانندلايه بندي و پيکربندي لايه ها کاري پيچيده است. علاوه بر اين، محدوديتهاي روش تحليل اجزاء محدود در طراحي نياز به يک راه حل تحليلي بسته براي تجزيه و تحليل تنش تيرهاي کامپوزيتي چند لايه ايجاد کرده اند. در كامپوزيتهاي لايه­اي، انتقال ناگهاني خصوصيات مواد از يك لايه به لايه ديگر باعث ايجاد تنشهاي نامطلوب بين لايه­اي در فصل مشترك لايه­ها مي­شود. اين تنشها مي­توانند باعث تغيير شكل پلاستيك، ايجاد ترك و حتي جدايش لايه­ها شوند كه اين اثرات نامطلوب باعث کاهش ظرفيت باربري تير مي گردد. مواد كامپوزيت با نسبت مقاومت به وزن بسيار مناسب در مقايسه با ساير مواد متداول در صنايع، روز به روز بر كاربردشان افزوده مي­گردد. اين مواد معمولا به صورت لايه­هاي نازك ساخته مي­شوند كه رفتاري اورتوتروپيك دارند. رفتار اين لايه­ها به صورت ورقهاي نازك و پوسته­ها بسيار كارآمد مي­باشند.

تيرهاي کامپوزيتي جداره نازک I -شکل به صورت گسترده­اي به عنوان عناصر اصلي سازه استفاده مي­شوند. علاوه بر اين، ماهيت ناهمسانگرد مواد کامپوزيت پيش بيني رفتار سازه تحت بارگذاري را تا حدودي پيچيده مي کند. روش اجزاء محدود براي کمک به طراح در پيدا کردن يک راه حل بهينه مورد استفاده قرار مي­گيرد. با اين حال، اين روش در شرايطي که پارامترهاي طراحي تعداد زيادي هستند دست و پا گير و هزينه بر است. بنابراين، نياز به توسعه يک روش کارآمد براي تجزيه و تحليل تيرهاي کامپوزيتي براي طراحي بهينه تيرهاي جدار نازک مورد نياز است. لذا در اين مطالعه با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود آباکوس به بررسي و مدلسازي تيرهاي I -شکل تحت خمش پرداخته مي شود. هدف از اين مطالعه تغيير پارامترهايي همچون ضخامت، تعداد و نوع لايه ها در مقاطع متفاوت جهت رسيدن به بهينه ترين طرح مي باشد.

• ساختار پروژه

در فصل اول به بيان مسئله و ساختار کلي پايان نامه پرداخته شده است.

در فصل دوم، کامپوزيت­ها، انواع آنها از نظر جنس الياف و رزين و کاربردهاي هرکدام مورد بررسي قرار گرفته است.

در ادامه و در فصل سوم، به مرور پژوهش هايي که در زمينه خواص مکانيکي تيرهاي کامپوزيتي و اثر پارامترهاي مختلف بر آنها صورت گرفته است، پرداخته و همچنين مطالعات انجام شده در خصوص بهينه سازي پارامترهاي ساختاري تيرهاي کامپوزيتي با مقاطع مختلف نيز مورد بررسي قرار گرفته است.

در فصل چهارم و پنجم به ترتيب به روابط تئوري مربوط به خواص مکانيکي کامپوزيت ها و اصول الگوريتم ژنتيک پرداخته شده است.

در فصل هاي انتهايي مراحل مدلسازي تير کامپوزيتي I -شکل بر طبق جدول اشتال مربوط به فولاد و چگونگي تحليل آنها در نرم افزار آباکوس ذکر شده و پس از بهينه سازي بروش الگوريتم ژنتيک، نتايج استخراج شده جهت يافتن پارامترهاي بهينه مورد ارزيابي قرار گرفته است.