بهینه سازی توپولوژی وصله در ترمیم چسبی نامتقارن ورق های ترک دار فلزی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، گروه مهندسی هوافضا، دانشکده انرژی‌های تجدیدپذیر، ارومیه، ایران

چکیده

ترمیم چسبی ترک‌های موجود در سازه‌های فلزی از طریق چسباندن وصله، به دلیل مقاومت زیاد، سهولت و سرعت انجام کاربرد زیادی پیدا کرده است. بدیهی است که کارآیی این ترمیم متاثر از شکل وصله است. در این تحقیق به بهینه‌سازی شکل وصله با ضخامت ثابت، در ترمیم چسبی نامتقارن یک ورق آلومینیومی با ترک مرکزی، تحت کشش تک‌محوره عمود بر امتداد ترک، پرداخته شده است. بدین منظور از الگوریتم بهینه‌سازی توپولوژی بر پایه همگن-سازی توزیع چگالی انرژی کرنشی استفاده شده است. مدل اامان محدود سه‌لایه‌ای دوبعدی نبولسی و مال برای مدل‌سازی و تحلیل سیستم ترمیم به کار گرفته شده است. نتایج نشان می‌دهد که کارآیی شکل بهینة حاصل از این الگوریتم در کاهش انرژی کرنشی آزاد شده در نوک ترک در واحد افزایش طول ترک، که یک معیار کارآیی ترمیم است، متاثر از ابعاد فضای هندسی اولیة طراحی نسبت به طول ترک، و حجم آن نسبت به حجم مادة وصله است. لذا با انتخاب مناسب فضای اولیه، شکل بهینة حاصل از این الگوریتم، هم از دیدگاه معیار کارآیی ترمیم و هم از دیدگاه ساخت مطلوب است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Forrest P. G., Fatigue of Metals. Pergamon, 2013.
  • Domazet Z., Comparison of Fatigue Crack Retardation Methods. Engineering Failure Analysis, Vol. 3, No. 2, pp. 137-147, 1996.
  • Baker A. A. and Jones R., Bonded Repair of Aircraft Structures. Martinus-Nijhoff Publishers, the Netherlands, 1988.
  • سلیمانیان مبارکه ع.، براتی ا.، صادقی ق. و شاه­حیدری م.، تعیین و بررسی ضرایب شدت تنش و زاویه شکست اولیه در ورق­های ترک­دار ترمیم شده با وصلة کامپوزیتی یک­طرفه تحت مود یک و مود ترکیبی. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. ۵۰، ش. ۳، ص ۱۱۵-۱۲۴، 13۹۹.
  • Renaud G. and Hansen J. S., Shape Optimization of a Composite Patch Repair. Aeronautical Journal of the Royal Aeronautical Society, Vol. 93, pp. 327-333, 1989.
  • Kaye R. H. and Heller M., Through-Thickness Shape Optimization of Bonded Repairs and Lap-Joints. International Journal of Adhesion and Adhesives, Vol. 22, pp. 7-21, 2002.
  • Heller M. and Kaye R. H., Computational Shape Optimization of Bonded Repairs. In 6th Joint FAA/DOD/NASA Aging Aircraft Conference, 2002.
  • Mahadesh Kumar A. and Hakeem S. A., Optimum Design of Symmetric Composite Patch Repair to Centre Cracked Metallic Sheet. Composite Structures, Vol. 49, pp. 285-292 2000.
  • کوچک­ز اده م. و قناتی پ.، شکل بهینة وصلة کامپوزیتی در ترمیم چسبی نامتقارن. مجلۀ مهندسی مکانیک شریف، د. ۲۱، ش. ۳۱، ص ۵۷-۶۳، 13۸۴.
  • Ramji M., Srilakshmi R. and Bhanu Prakash M., Towards Optimization of Patch Shape on the Performance of Bonded Composite Repair Using FEM. Composites: Part B, Vol. 45, pp. 710-720, 2013.
  • Talebi B., Abedian A. and Firooz S., Optimization of Composite Patch Repair for Inclined Crack on Aluminum Plate Using Genetic Algorithm. In 30th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, S, 2016.
  • Echer L., Marczak R. J. and Souza C. E., Studies on Shape Optimization of Repair Patches for Damaged. In XXXVIII Iberian-Latin American Congress on Computational Methods in Engineering, Santa Catarina, Brazil, 2017.
  • Echer L., Souza C. E. and Marczak R. J R., A Study on the Best Conventional Shapes for Composite Repair Patches. Materials Research, Vol. 24, No. 2, e20210304, 2021.
  • Baghdadi M., Serier B., Salem M., Zaoui B and Kaddouri K., Modeling of a Cracked and Repaired Al 2024T3 Aircraft Plate: Effect of the Composite Patch Shape on the Repair Performance. Frattura ed Integrità Strutturale, Vol. 50, pp. 68-85, 2019.
  • Braun M., Villa E. I. and Riojas-Roldan H., A Topological Optimization Algorithm Applied to the Design of Composites Patch Repair of Mixed-Mode Cracked Plate. Journal of Composite Materials, Vol. 52, No. 17, pp. 2387-2395, 2018.
  • Bendse M. P. and Sigmund O., Topology Optimization Theory: Methods and Applications. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, New York, 2003.
  • Eswara Prasad N. and Wanhill R. J. H., Aerospace Materials and Material Technologies. Springer, Singapore, 2017.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار