بررسی تأثیر زاویه‌ی بار در تعیین پارامترهای بهینه‌ی مؤثر بر صفحه‌های ارتوتروپیک نامحدود حاوی گشودگی شبه مربعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

3 دانشیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

4 دانشجوی دکتری، دانشکده هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

صفحه حاوی گشودگی در کاربردهای صنعتی بسیاری دیده می‌شود.گشودگی به وجود آمده، منجر به تمرکز تنش و در نهایت به شکست و خرابی صفحه میگردد.از این رو، دانستن مقدار تمرکز تنش به دست آمده سبب طراحی مطمئن‌تری می‌شود.در این مقاله، به تحلیل تنش صفحه‌ای ارتوتروپیک و همسانگرد نامحدود حاوی گشودگی شبه مربعی که متاثر از زاویه بار است، پرداخته می‌شود. نکته حائز اهمیت این تحلیل به کارگیری از یک روش بهینه‌سازی به نام الگوریتم رقابت استعماری است که به وسیله‌ی آن پارامترهای بهینه کلی جهت دستیابی به کمترین مقدار تمرکز تنش در اطراف این گشودگی در صفحه‌های همسانگرد و ارتوتروپیک حاصل می گردد، سپس این الگوریتم با تقلید از روند تکامل اجتماعی، اقتصادی و سیاسی کشورها و با مدل‌سازی ریاضی بخش‌هایی از این فرآیند، عملگرهایی را در قالب منظم به صورت الگوریتم ارائه می‌دهد که می‌توانند به حل مسائل پیچیده بهینه سازی کمک کنند. نتایج تنش بهینه به دست آمده از الگوریتم رقابت استعماری حاکی از رقابتی بودن این الگوریتم جهت اجتناب از قرار گرفتن در نقطه بهینه محلّی است. پایه‌های اصلی این الگوریتم را سیاست همسان‌سازی، رقابت استعماری و انقلاب تشکیل می‌دهند. متغیّرهای طراحی در این پژوهش عبارتند از: زاویه‌ی الیاف، زاویه‌ی بار، شعاع انحنای گوشه‌ی گشودگی، زاویه‌ی چرخش گشودگی و در نهایت جنس صفحه. نتایج حاصل شده از الگوریتم رقابت استعماری بیانگر مناسب بودن این روش در بهینه‌سازی صفحات می‌باشد. در این تحقیق برای اثبات درستی نتایج، از حل عددی اجزای محدود استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهند. با انتخاب مناسب پارامترهای بهینه می‌توان مقدار تنش اطراف گشودگی را به میزان قابل توجهی کاهش داد. 

کلیدواژه‌ها


[1] Kirsch G.,Die theorie der elastizitat und die bedurfnisse der festigkeitslehre, Veit Ver Deut Ing, Vol. 42,pp. 797-807, 1898.
[2] Inglis C.E., Stresses in plate due to the presence of cracks and sharp  corners, Trans Ins Nav Archit, Vol. 55, pp. 219-30, 1913.
[3] Muskhelishvili N. I., Some Basic Problems of the Mathematical Theory of Elasticity, Second edition, pp. 361-366, Netherlands: Noordhooff, 1962.
[4] Lekhnitskii S.G., Anisotropic Plates, Second edition, Gordon & Breach Science Publishers, New York New York, NY, USA, 1968.
[5] Savin G.N., Stress Concentration Around Holes, Pergamon Press, New York, NY, USA,1961.
[6] Daoust J., Hoa SV., An analytical solution for anisotropic plates containing triangular holes, Journal of  Composite Structures,Vol. 19, pp. 107–30, 1991.
[7] Abuelfoutouh NM., Preliminary Design Of Unstiffend Composite Shells, Symposium Of 7th technical  Conference of ASC, pp. 786–693, 1993.
[8] Ukadgaonkar V.G., Rao D.K.N., A general solution for stresses around holes in symmetric laminates under in-plane loading, Composite Structures, Vol. 49, No. 3, pp. 339–354, 2000.
[9]Batista M., On the Stress Concentration Around a Hole in an Infinite Plate Subject to Uniform Load at Infinity, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 53, No. 4,pp. 254-261, 2011.
[10] Simha K.R.Y.,Mohapatra S.S, Stressconcentration  around irregular holes using complex variable method, Sadhna (India), Vol. 23,  pp. 394- 412, 1998.
[11] Lei G.H., Ng C.W.W., Rigby D.B., Stress and displacement around an  elastic  artificial  rectangular
 hole, Journal of Engineering Mechanics, Vol. 127, pp. 880-890, 2001.
[12] Banerjee M, Jain N.K, Sanyal S., Stress Concentration in Isotropic and Orthotropic Composite Plates with Center Circular Hole Subjected to Transverse Static Loading, International Journal of  Mechanical and Industrial Engineering, Vol. 3,No. 1,pp. 109-113, 2013.
[13] Alonso M.G, Duysinx p., Particle Swarm Optimization (PSO): An Alternative Method for Composite Optimization, 10th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization, Orlando, May 19 -24, Florida, USA, 2013.
[14]  Barbosa Ines C.J, Amélia M., Loja R., Design of a Laminated Composite Multi-C Structure Subjected to Torsion, 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, September 7-12, St. Petersburg, Russia, 2014.
[15] Rezaeepazhand J., Jafari M., Stress Concentration in Metallic Plates with Special Shaped Cutout, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 52, pp. 96-102, 2010.
[16] Jafari M., Mahmodzadeh M., Optimization of Influence Parameter on isotropic plates with Regular polygonal cutouts using particle swarm Algorithm, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 12, pp. 243-253, 2015.
[17] Atashpaz-Gargari E., Lucas C., Imperialist competitive algorithm: An algorithm for optimization inspired by imperialist competition, IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC 2007), pp. 4661-4667, 2007.
[18]  Atashpaz-Gargari E., Hashemzadeh F., Rajabioun R., Lucas C., Colonial competitive algorithm, a novel approach for PID controller design in MIMO distillation column process, International Journal of Intelligent Computing and Cybernetics, Vol. 1, No. 3, pp. 337-355, 2008.
[19] Rajabioun R., Atashpaz-Gargari E., Lucas C., Colonial competitive algorithm as a tool for nash equilibrium point achievement, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 5073, pp. 680-695, 2008.
[20] Khabbazi A., Atashpaz-Gargari E., Lucas C., Imperialist competitive algorithm for minimum bit error rate beam forming, International Journal of Bio-Inspired Computation, Vol. 1, No. 2, pp. 125-133, 2009.
[21] Atashpaz- Gargari E., Hashemzade F., Lucas C., Designing mimo PID controller using colonial competitive algorithm, applied to distillation column process, In proceedings of IEEE CEC, within IEEE WCCI, Hong Kong, pp. 1929- 1934, 2008.
 [22] Ayough A., Zandieh M., Farsijani H., GA and ICA Approaches to Job Rotation Scheduling Problem: Considering Employees Boredom, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 29th August-1st September, 2011.
[23] Karimi A., Rezae E., Shahhosseini M., Optimization of Heat Transfer in an Air Cooler Equipped with Classic Twisted Tape Inserts using Imperialist Competitive Algorithm, Journal of Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 12, No. 2, pp. 136-151, 2011.