بخشی از مقاله
چکیده
انجام یک طراحی ایمن و بهینه که با حداقل هزینه حداکثر کارایی فراهم شود، نیازمند شناخت دقیق اثرات انفجار و ضربه بر سازه و همچنین رفتار سازه در برابر اثرات وارده میباشد. در این مقاله ورق ساندویچی با هسته چوب بالسا با جنسها، ضخامتها و زاویههای مختلف توسط روش کوپل اویلری-لاگرانژی تحت بارگذاری انفجاری ناشی از انفجار 2/2 کیلوگرم ماده منفجره تی ان تی - TNT - تحلیل شده و تأثیر متغیرهای مذکور بر استحکام ورق مطالعه شده و سپس ورق از لحاظ جنس فیبر، ضخامت و زاویه لایهها بهینهسازی شده است. در این پژوهش،فرآیند بهینهسازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک چندهدفه انجام شده و در پایان ورق ساندویچی که در برابر انفجار مقاوم باشد، معرفی شده است .
.1 مقدمه
امروزه برای صنایع مهندسی، مطالبه موادی که کارآیی بالایی داشته باشد، دور از انتظار نیست و نیاز به مواد پیشرفته حس میشود. شاید مهمترین نیازها، به کارگیری موادی با کارآیی بالا، وزن و قیمت نسبی پایین باشد. بهینهسازی درسازهها یعنی طراحی بهصورتی انجام گیرد که علاوه بر رعایت مسائل فنی، بایستی سازه کمترین وزن و هزینه اجرایی را نیز داشته باشد.
مواد مرکب ضخیم به طور فزایندهای در طراحی سازههای مکانیکی استفاده میشوند. این مواد علاوه بر وزن کم، بعلت ساختار مقاومی که دارند، میتوانند بارهای مهمی از جمله ضربه و انفجار را تحمل کنند
سوتیس1 و همکارش در پژوهشی پاسخ ورق ساندویچی را که دارای جنس فیبر شیشه و هسته آلومینیوم بود، نسبت به بارگذاری انفجاری با استفاده از نرمافزار تجاری اجزای محدود الاس-داینا 2 بررسی کردند. از الگوریتم انفجار کانوپ3 برای مدل کردن بار انفجاری استفاده نمودند و سپس نتایج مدل عددی را با نتایج مطالعات تجربی مقایسه کردند. آنها در پژوهش خود تاثیر ضخامت و زاویه لایهها را در افزایش مقاومت ورق ساندویچی در برابر بار انفجاری بررسی کردند
گیبسون4 و همکارانش در مطالعه خود ورق کامپوزیتی را تحت بار حرارتی تجزیه و تحلیل نمودند. آنها پس از تحلیل ضخامتها و بارهای مختلف، بارهای شکست را بدست آورده و با نتایج تجربی مقایسه نمودند
طهانی و همکارش در مقاله خود روشهای مختلف بهینهسازی سازههای متفاوت کامپوزیتی اعم از کلاسیک، هوایی و خودرویی را بررسی نموده و به لحاظ گستردگی مطالب، موضوعات را در قالبهای مناسب و مرتبط با هم دسته بندی کردند. آنها در ابتدا پیچیدگی مسائل طرح شده تا به امروز را در سه جهت پپچیدگی مدل، پیچیدگی تحلیل و پیچیدگی پروسه بهینهسازی تحلیل نمودند. سپس رهیافتهای حل مسائل و نحوه بکارگیری رایانه را در آنها بررسی کردند .هنگام لایه لایه شدگی صفحات در ورق کامپوزیتی، بعلت اینکه لایهها بهراحتی میتوانند جابجا بشوند مقاومت فشاری ورق کاهش مییابد.
پاویر1 و همکارانش در مطالعهای لایهلایهشدگی ورق کامپوزیتی مسطح و انحنادار را در ارتباط با بار فشاری بررسی کردند. آنها توانستند با روش اجزای محدود، جابجایی و بار شکست لایهها را - با استفاده از معیار حداکثر تنش - پیشبینی کنند. نتایج تجربی و پیشبینی روش اجزای محدود تطابق خوبی با هم داشتند .
هلال2 و همکارانش در پژوهش خود پاسخ دینامیکی ورق کامپوزیتی بهینهسازی شدهی بیضوی3 را که برای فشار زیر آب کاربرد دارد، در برابر انفجار غیرتماسی زیر آب4، شبیهسازی و بررسی عددی کردند. پیشبینی پاسخ دینامیکی ساختار شناور در معرض انفجار در زیر آب، بعلت انتشار موج شوک5، پالس حباب6 و برهم کنش بین آب و سازه، کار دشواری است. آنها وزن های مختلفی از ماده منفجره را در فاصله های گوناگونی از جسم بررسی کردند و وزن بحرانی7 ماده منفجره و فاصله امن را بدست آوردند و فرآیند بهینهسازی را با استفاده از نرمافزار انسیس8 انجام دادند
اوگاوا9 و همکارانش در پژوهشی تغییرشکل ورق کامپوزیتی نامتقارن را تحت بارگذاری نیروی گریز از مرکز و بار حرارتی بررسی کردند. آنها در این کار تأثیر زاویه لایهها را در کاهش تغییر شکل صفحه بررسی کردند .[7] همچنین ژو10 و همکارانش در مطالعهی خود پاسخ لولههای ساندویچی فلزی را تحت شوک فشار داخلی و بارگذاری حرارتی بررسی کردند
محبیان و همکارش طراحی بهینهی یک ورق مرکب چند لایه با کمترین وزن و هزینه ممکن را بررسی کردند، بطوریکه صفحه بیشترین بار ممکن را تحمل نماید تا به مرحله گسیختگی نهایی برسد. معیار گسیختگی نهایی دراین تحقیق معیار تسای-هو11 و تابع چندهدفه برازندگی ترکیبی از وزن، هزینه و بیشینه سازی بارگسیختگی به صورت همزمان همزمان بود
یکی از معیارهای طراحی سازههای دریایی کامپوزیتی، مقاومت در مقابل انفجار در زیر آب می باشد. کامیاب و همکارانش در مقاله خود جهت بهینهسازی سازههای دریایی کامپوزیتی در برابر انفجار زیر آب، این فرآیند را در نرمافزار تجاری اجزای محدود آباکوس12 شبیهسازی و با استفاده از نتایج تجربی موجود، این روش را صحت سنجی نمودند. سپس با استفاده از این روش، رفتار دینامیکی سازه کامپوزیتی را تحت بار انفجار زیر آب بررسی نمودند. در ادامه با استفاده از الگوریتم ژنتیک ارائه شده، با تغییر زاویه و ضخامت صفحه کامپوزیتی، در شرایطی که سازه در مقابل بار انفجار زیر آب دچار شکست نشود، وزن صفحه را بهینه کردند. نتایج آنها نشان داد که الگوریتم ارائه شده توانایی بهینهسازی وزن سازه کامپوزیتی را دارد
یانگ13 و همکارش در پژوهش خود ورق لایهای سیلندری را تحت بارگذاری کششی محوری از لحاظ کمانش بهینهسازی نمودند. آنها متغیرهایی همچون ضخامت لایه ها، انحنا، نسبت ابعاد و زاویه لایهها را به منظور بهینهسازی ورق بررسی کردند
دافی 1 و همکارش در پژوهش خود ورق کامپوزیتی مرکب نامتقارن2 را برای تحمل حداکثر بار کمانش طراحی کردند و ضخامت لایهها را بهینه نمودند. لایههای درونی این ورقه از یک ماده کامپوزیت فیبری با سختی کم و لایه های بیرونی آن از ماده کامپوزیت فیبری با سختی بالا ساخته شده بود. آنها برای بهینهسازی، ضخامت و زاویه لایهها را بررسی کردند و مشاهده نمودند که هر دو متغیر ضخامت و زاویه، عامل مهمی در تحمل بار محسوب میشوند .
کلانتری در مقالهی خود نیروی وارد آمده به یک ورق ساندویچی را که دارای روکشهای کامپوزیت لایهای بود، تحت اثر ضربه با سرعت کم تحلیل نمود. بدین ترتیب که با محاسبهی سختی موضعی و کلی سازه و با بهرهگیری از مدل دینامیکی مستقل، بصورت جرم-فنر و میراساز، پاسخ سازه را به ضربه تعیین کرد و سپس طراحی بهینهی چیدمانی روکشها را با استفاده از الگوریتم ژنتیک پیشرفته انجام داد. وی بهینهسازی را بر اساس ترتیب و جهتگیری لایهها و همچنین با توجه به تغییر و تأثیر جنس لایهها در ترتیب قرارگیری، به منظور دستیابی به حداکثر استحکام انجام داد و مشاهده نمود که جهتگیری لایهها در روکشها تاثیر قابل توجهی در افزایش استحکام ورق ساندویچی تحت ضربه دارد
همچنین اُندر3و همکارانش در پژوهشی بار شکستِ4 مخزن تحت فشار کامپوزیتی 5 را بررسی کردند . آنها در این پژوهش زاویه بهینه الیاف را در هر دو حالت متقارن و نامتقارن برای تحمل حداکثر بار شکست، تست کردند. اندر و همکارانش دو روش اجزای محدود و آزمایشات تجربی را برای تحقق این امر استفاده کردند و یک راه حل الاستیک را بر پایه تئوری لخنیتسکی6 به منظور پیشبینی مقدار فشار شکست در مخازن تحت فشار کامپوزیتی ارائه کردند. آنها معیارهای شکست تسای-هو، حداکثر تنش و حداکثر کرنش را برای بررسی مقدار فشار شکست بکار بردند و از روش ارائه شده برای تعیین زاویه بهینه لایهها استفاده کردند. در ادامه کار نتایج تحلیلی و تجربی را با نتایج روش اجزای محدود مقایسه کردند و زاویهی بهینه لایهها را انتخاب نمودند
ایسلام7 و همکارانش در پژوهش خود رفتار ورق ساندویچ کامپوزیتی فیبری را تحت بار نقطهای و توزیع بار یکنواخت بررسی کردند. آنها ورق ساندویچی را که در ساخت لایههای آن از فیبرشیشه استفاده کرده بودند، تحت بارگذاری نقطهای و یکنواخت قرار دادند و تأثیر زاویه الیاف را در تحمل بار بررسی کردند. نتایج حاصل از این تحقیق تجربی نشان داد که ورق رفتار مشابهی در هر دو شرایط بارگذاری دارد
بنا به اطلاعات نویسندگان تاکنون آنالیز ورق ساندویچی با هسته چوب بالسا در مقابل بارگذاری انفجاری تحلیل و بهینهسازی نشده است. لذا در این مقاله، ورق ساندویچی را تحت بارگذاری انفجاری ناشی از انفجار مین ضدخورو که شامل 2/2 کیلوگرم تیانتی میباشد، تحلیل کرده و سپس جنس و ضخامت و چیدمان لایههای مختلف بهینهسازی شده است. در این پژوهش از روش اویلرین8 برای شبیه سازی انفجار استفاده شده است.
