بهینه سازی چند هدفه کسر حجمی صفحات تابعی مدرج پلکانی تحت بارگذاری دو محوره برای بیشینه بار کمانش و کمینه وزن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در این مقاله، بهینه­سازی چند هدفه کسر حجمی صفحه تابعی مدرج پلکانی برای افزایش بار کمانش بحرانی و کاهش وزن سازه تحت بار دو محوره بررسی می‌شود. منظور از صفحه تابعی مدرج پلکانی، صفحه­ای است که مشخصات مواد در راستای ضخامت بصورت یک تابع پیوسته تغییر نمی­کند؛ بلکه بصورت پلکانی در لایه­های متوالی تغییر می­کند. هدف مساله بهینه­سازی حداکثر بار کمانش بحرانی الاستیک و کمینه کردن وزن صفحه است. بدین منظور روش مجموع توابع هدف وزن­دار به کار گرفته شده است. متغیر طراحی کسر حجمی است که در تمام لایه­های مجاور متفاوت است. برای فرمول­بندی تحلیل کمانش صفحه تابعی مدرج از نظریه تغییر شکل برشی مرتبه اول استفاده شده است. روش ترکیب فازی الگوریتم ژنتیک و بهینه­سازی تجمع ذرات برای بهینه­سازی کسر حجمی در لایه­های مختلف به کار گرفته شده است. نتایج عددی برای صفحه تابعی مدرج پلکانی با صفحه تمام تابعی مدرج که از قانون توانی ساده با شاخص توانی بهینه تبعیت می­کند، مقایسه شده است. در انتها، اثر فاکتورهای وزنی، شرایط مرزی، تعداد لایه­ها، نسبت طول به عرض، نسبت بار و نسبت عرض به ضخامت صفحه روی طراحی بهینه بررسی شده است. نشان داده خواهد شد که بکارگیری صفحه تابعی مدرج پلکانی می­تواند طراحی بهینه­تری نسبت به صفحه تابعی مدرج پیوسته باشد.

کلیدواژه‌ها


[1]  Feldman, E., Aboudi, J. Buckling analysis of functionally graded plates subjected to uniaxial loading. Compos Struct 38:pp 29–36,1997.
[2]  Woo, J., Merguid, S.A., Stranart, J.C., Liew, K.M. Thermomechanical postbuckling analysis of moderately thick functionally graded plates and shallow shells. Int J Mech Sci 47 :pp1147–71,2005.
[3] Javaheri, R., Eslami, M.R. Thermal buckling of functionally graded plates based on higher order theory. J Therm Stresses 25:pp 603–25,2002.
[4]  Najafizadeh, M.M., Eslami, M.R. Buckling analysis of circular plates of function- ally graded materials under uniform radial compression. Int J Mech Sci 44:pp. 2479–93 2002.
[5]  Da-Guang, Zhang N., Hao-Miao, Zhou. Mechanical and thermal post-buckling analysis of FGM rectangular plates with various supported boundaries resting on nonlinear elastic foundations. Thin-Walled Structures 89: pp.142-1512015.
[6]  Ootao, Y., Tanigawa, Y., Ishimaru, O. Optimization of material composition of functionally graded plate for thermal stress relaxation using a genetic algorithm. J Therm Stress 23:pp. 257–71,2000.
[7] Cho, J.R., Shin, S.W. Material composition optimization for heat-resisting FGM by artificial neural network. Compos Part A Appl Sci Manuf  35: pp.585–94,2004.
 [8] Kyung-Su, Na., Ji-Hwan, Kim. Volume fraction optimization for step-formed functionally graded plates considering stress and critical temperature. Composite Structures 92:pp. 1283–1290,2010.
[9]  Reddy, J.N., Cheng, Z.Q. Three-dimensional thermomechanical deformations of functionally graded rectangular plates. Euro. J. Mech.-A/Solids 20: 841–855,2001.  
[10] Markworth, J.,  Saunders, J.H. A model of structure optimization for a functionally graded material. Mater. Lett. 22:pp .103–1071995.  
[11] Cho, J.R., Ha, D.Y. Volume fraction optimization for minimizing thermal stress in Ni–Al2O3 functionally graded materials. Mater. Sci. Eng. A334: pp.147–155,2002.
[12] Shackelford, J.F., Alexander, W., Park, J.S., CRC Materials Science and Engineering Handbook. second ed, CRC Press, Boca Raton, FL, 1994.
[13] Li, Y., Ramesh, K.T., Chin, E.S.C. Dynamic characterization of layered and graded structures under impulsive loading. Int. J. Solids Struct. 38: pp.6045–6061,2001.
[14] Gerard, G., Becker, H. “national advisory committee for aeronautics. new york university, Washington July ,1957.
[15] Mahmoodabadi, M.J., Adljooy Safaie, A., Bagheri, A., Nariman-zadeh, N. A novel combination of Particle Swarm Optimization and Genetic Algorithm for Pareto optimal design of a five-degree of freedom vehicle vibration model. Applied Soft Computing 13: pp.2577–2591,2013.
[16]         Rao, S.S. Engineering optimization: theory and practice. 3rd ed. New York: Wiley, 1996.
[17] kyung-su, N., ji-Hwan, K. Volume fraction optimization for step-formed functionally graded plates considering stress an critical temperature. Compstruct pp11 ,2009.
[18] قاسمی مرتضی، جامی الاحمدی عبدالرحمان،
حل تحلیلی کمانش ورقهای تابعی مدرج با لایه های پیزوالکتریک به کمک تئوری مرتبه بالای تغییر شکل برشی و عمودی، مجله مهندسی مکانیک مدرس، سال 15، شماره 3، صفحه 397-387، خرداد 1394.