عنوان پایان‌نامه
کمینه سازی تنش ها وتغییر شکلهای نا متغارن بدنه کوره های دوار به روش الگوریتم های ژنتیک
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 36537;کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1296
- تاریخ دفاع
- ۰۵ دی ۱۳۸۶
- دانشجو
- سیامک کاظم بخشی
- استاد راهنما
- مسعود شریعت پناهی
- چکیده
- باتوجه به کاربرد روزافزون سیمان درصنایع مختلف و نقش استراتژیک آن در توسعه زیرساخت های کشورهای درحال توسعه ای همچون کشور ما، تولید این محصول و به تبع آن دستیابی به دانش فنی طراحی، ساخت، بهره برداری و نگهداری تجهیزات تولید آن، به ویژه کوره های دوار پخت سیمان که قلب کارخانه های تولید سیمان به شمار می آیند در کانون توجه شرکت های مهندسی فعال در این عرصه قرارگرفته اند. از دیدگاه مکانیکی، با توجه به هزینه بسیار بالای طراحی، ساخت، نصب و بهره برداری این کوره ها و نیز دشواری اعمال تغییرات در ساختار آنها پس از ساخت و نصب، ضروری است که طراحی آن ها از ابتدا به گونه ای صورت گیرد که بر مبنای معیارهای مختلف طراحی از جمله عمرخستگی، تغییر شکل در راستاهای مختلف، وزن و توان مصرفی، این کوره ها بتوانند الزامات تئوریک و نیز محدودیت های مبتنی بر تجربه را ارضاء نمایند. دمای بالای پخت سیمان که در بخش انتهایی کوره به حدود 1600 درجه سانتیگراد می رسد استفاده از لایه های ضخیم عایق حرارتی (از نوع آجر نسوز) را اجتناب ناپذیر می سازد. این لایه های عایق که عمدتا با استفاده از ملات های ویژه به هم متصل می شوند در برابر تغییر شکل مقطع دایروی کوره (به ویژه اوالیته یا بیضی گون شدگی) بسیار حساس هستند و این مساله، حفظ شکل دایروی مقطع کوره را به یکی از الزامات طراحی این دستگاه بدل کرده است.همچنین تاثیر مستقیم وزن کوره بر تغییر شکل بدنه و طراحی فونداسیون های چندگانه آن از یکسو و توان مصرفی و در نتیجه ساختار سیستم محرک آن از سوی دیگر ایجاب می کند که وزن کوره و ملحقات آن در پایین ترین حد ممکن نگه داشته شود. تلاشهایی که برای بهینه سازی طراحی کوره های دوار سیمان صورت گرفته است تاکنون عمدتا حول محور طراحی فرایند پخت سیمان متمرکز بوده است و تلاشهای اندکی نیز که در زمینه طراحی مکانیکی این کوره ها صورت گرفته است به جنبه های خاصی از جمله بهبود روش مدلسازی آنها محدود بوده است. در این پژوهش ضمن ارائه یک مدل کامل مکانیکی از کوره های دوار که در آن اثر لایه های عایق بصورت کامل (و نه تنها به عنوان عاملی در جهت افزایش وزن) در نظر گرفته شده است، یک روش ترکیبی (Hybrid) برای طراحی بهینه این کوره ها ارائه می گردد. روش پیشنهادی که با هدف تعیین ضخامت پوسته فولادی کوره در نقاط مختلف بدنه به منظور کمینه کردن وزن و بیضی گون شدگی بدنه استوانه ای کوره با رعایت محدودیت های استحکامی و عملکردی آن ارائه می گردد مبتنی بر شبیه سازی عددی رفتار مکانیکی بدنه با استفاده از روش اجزای محدود و تعمیم نتایج این شبیه سازی به کمک شبکه های عصبی می باشد. تخمین گر عصبی بدست آمده از این طریق، سپس در چارچوب یک الگوریتم بهینه سازی چند هدفه بکار گرفته می شود تا از این راه، مقادیر بهینه متغیر های طراحی با استفاده از مفهوم بهینه پارتو بدست آید. جبهه نقاط پارتو که به این ترتیب بدست می آید به طراح اجازه می دهد تا با توجه به محدودیت ها و الزامات بخش های دیگر طراحی، مناسب ترین طرح را از میان طرح های "برتر" انتخاب نماید.
- Abstract
- Due to the strategic role of cement in the economic and industrial development of underdeveloped and developing countries, the design and manufacture of cement production machinery has attracted a lot of attention within the engineering communities of such countries. In the heart of a cement production plant lies the giant rotary kiln, which is perhaps the most technologically complex part of the production line. The high cost of design, manufacture, installation and maintenance of the cement rotary kiln and its vulnerability to thermal and mechanical shocks as well as longitudinal and cross-sectional deformations makes the optimal design of such machines a true challenge for the designe engineers. The fact that the kiln body is insulated on the inside with thick layers of heat-resistant refractory makes it necessary for the designer to take into account the stiffening effect of these linings when modeling the kiln and to especially watch for the ovality of the shell in addition to traditional criteria such as strength, durability, cost, weight and power consumption. This research focuses on the development of an accurate FE model of a rotary kiln including the effect of its refractory linings and the material coating that builds up in time, and then finding the vector of design parameters that would minimize the weight and ovality of the rotating shell while satisfying multiple functional/topological constraints. To achieve this, a hybrid multi-objective methodology is presented which combines the prediction power of multi-layer Neural Networks with the searching power of a multi-objective Genetic Algorithm to find the optimum array of shell thichnesses along the kiln body (the shell comprises up to tens of cylindrical segments welded together.) Multiple optimal solutions obtained in this way form a set of Pareto optimal solutions (Pareto Front) from which the designer will then choose the one solution that suits the circumstances the best. To demonstrate the validity and applicability of the proposed approach, a real-world problem from a recently inaugurated local cement plant is redesigned using the proposed methodology. The results show a noticeable reduction in the weight and ovality of the redesigned kiln as compared to the existing one, which has been traditionally designed by a renowned international designer.
