عنوان پایان‌نامه
طراحی بهینه لایه چینی پوسته کامپوزیتی تحت کمانش خطی مبتنی بر الگوریتم تکملی لانه مورچگان و مدلسازی اجزا محدود
- رشته تحصیلی
- مهندسی هوافضا - سازمان های هوافضایی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 60125;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 20
- تاریخ دفاع
- ۰۶ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- امیررضا پهلوان پور
- استاد راهنما
- علی فرجی, بابک میرزاوند بروجنی
- چکیده
- در سال¬های اخیر استفاده از مواد مرکب در سازه¬های مختلف بسیار مورد توجه بوده است. این مواد به علت دارا بودن نسبت‌های بسیار بالای استحکام و سختی به وزن و نیز به علت تنوع در چیدمان لایه¬های الیاف با زوایای متفاوت، که می‌تواند رفتار این صفحات را با توجه به نیازمندی¬های طراحی تحت کنترل درآورد، به شدت مورد توجه صنعت قرار گرفته است. بنابراین طراحی لایه¬چینی بهینه جهت استفاده کارآمد از خواص مواد با توجه به کارکرد مورد انتظار از سازه مورد نظر از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار است. همچنین کمانش از معیارهای مهم طراحی سازه¬هایی مانند پوسته¬ها و صفحات کامپوزیتی می¬باشد. از جهت دیگر، اغلب الگوریتم‌های بهینه‌سازی با دو اشکال عمده همگرایی موضعی و کارکرد با متغیرهای گسسته مواجه هستند، لذا دستیابی به ابزاری که بر مشکلات مذکور غلبه کند، ضروری به نظر می‌رسد که مناسب‌ترین راهبرد جهت بهینه‌سازی سیستم‌های با ساختار هندسی ساده تا پیچیده، استفاده ترکیبی از نرم‌افزار‌های تجاری اجزای¬محدود و کد رایانه‌ای است. نرم‌افزار اجزای¬محدود، نقش تحلیل¬گر، قبل و بعد از فرآیند تحلیل و بهینه‌سازی را برعهده دارد و توسط رابطی نرم‌افزاری به هسته بهینه‌ساز که کدی خاص و مناسب مسئله مربوطه می‌باشد، متصل می‌گردد. با توجه به آنچه گفته شد در این پروژه هدف طراحی بهینه لایه¬چینی پوسته و صفحه کامپوزیتی تحت کمانش خطی مبتنی بر الگوریتم لانه مورچگان و مدل¬سازی اجزای‌محدود خواهد بود که به منظور برآورده‌سازی این هدف 5 فاز متفاوت برای این پروژه تعریف گردیده است: فاز 1: تحقیق در زمینه‌ی روش‌های مختلف بهینه¬سازی در فضای گسسته و معرفی الگوریتم مورچگان؛ فاز 2: معرفی الگوریتم مورچگان دودویی جهت استفاده در لایه¬چینی مواد مرکب و مقایسه با الگوریتم¬های ژنتیک و ازدحام ذرات در قالب مسئله کوله¬پشتی؛ فاز3: مدل¬سازی و تحلیل رفتار پوسته استوانه¬ای و صفحه کامپوزیتی تحت کمانش خطی به روش اجزای¬محدود و مقایسه نتایج حاصل با راه¬حل تحلیلی؛ فاز 4: تلاش برای دستیابی به یک لایه‌چینی بهینه در سازه‌‌ها مورد اشاره در فاز قبل با استفاده از الگوریتم مورچگان دودویی و مقایسه نتایج بهینه‌سازی صفحه کامپوزیتی با الگوریتم ژنتیک ارتقاء یافته و الگوریتم مورچگان معمولی؛ فاز 5: نتیجه‌گیری کلی در مورد به‌کارگیری الگوریتم مورچگان دودویی در این‌گونه مسائل. این پروژه نشان می‌دهد که الگوریتم مورچگان دودویی برای طراحی بهینه لایه‌چینی کامپوزیت‌ها دارای عملکرد بهتری نسبت به الگوریتم‌های ژنتیک ارتقاء یافته و مورچگان معمولی است. واژگان کلیدی: الگوریتم مورچگان دودویی، بهینه¬سازی، پوسته استوانه¬ای کامپوزیتی، صفحه کامپوزیتی، کمانش خطی، روش اجزای¬محدود.
- Abstract
- Ant colony algorithm and finite element analysis for optimizing composite laminate stacking sequence subjected to the linear buckling load are presented. The use of composite materials in different structures has attracted a lot of attention in recent years. High strength to weight ratios and as well as variety in stacking sequence of fiber layers with different angels which may control the behavior of these materials in accordance with design requirements make composites so valuable to industry. Therefore, design of optimum stacking sequence as a tool for efficient application of composite materials due to expected function of structure will be very important. Buckling is one the most important design criteria for structures such as composite shells and plates. On the other hand, most of the optimization algorithms have two major obstacles: local convergent and application with discreet variables. Therefore, accessing a tool for overcoming these obstacles seems necessary and the best strategy for optimizing systems with simple to moderately complex geometries is combined use of commercial finite element analysis (FEA) software and mathematical programming. In this research, FEM software has been used as pre and post-processor and is connected to optimization core with a software interface by making use of MATLAB. Design an optimum stacking sequence in a composite shell and plate under linear buckling, based on ant colony algorithm (ACO) and finite element analysis is represented. In order to achieve this object, five different phases have defined as follows: Phase 1: Researching on different methods for optimization in a discrete space and introducing ant colony optimization (ACO); Phase 2: Introducing binary ant colony optimization (BACO) for using in stacking sequence and comparison with genetic algorithm (GA) and particle swarm optimization (PSO) in Knapsack problem; Phase 3: Modeling and behavior analysis of cylindrical composite shells and plates subjected to the linear buckling load by making use of FEM and comparing the results with analytical approach; Phase 4: achieving an optimum stacking sequence in discussed structure by using of BACO; Phase 5: introducing general conclusion on the application of the BACO in similar problems. Keywords: Ant Colony Algorithm, Optimization, Composite Cylindrical Shell and plate, Linear Buckling, FEM.
