بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق بهینه سازی پوسته کامپوزیتی با تقویت کننده های مارپیچ با استفاده از الگوریتم ژنتیک، مورد توجه قرار گرفته است. با استفاده از تئوری تغییر شکلهای برشی مرتبه اول خطی و همچنین توسعه روش معادل سازی، فشار بحرانی کمانش برای پوستههای مشبک کامپوزیتی تحت بارگذاری فشار هیدرواستاتیک جانبی بدست میآید. آنگاه نتایج حاصل ازکمانش پوستههای کامپوزیتی تحت بار فشاری هیدرواستاتیک جانبی اعتبار سنجی شده است.
سپس در ادامه نتایج به دست آمده برای کمانش پوسته های مشبک کامپوزیتی تحت دو تئوری کلاسیک چندلایه ای و همچنین تئوری تغییر شکلهای برشی مرتبه اول با هم مقایسه میشوند. در ادامه اثرات پارامترهای مختلف تقویت کنندهها بر فشار بحرانی کمانش سازه بررسی می شود. در پایان با استفاده از روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک، روند بهینهسازی سازههای مشبک با هدف کاهش وزن آورده شده است و در پایان بهینه ترین ابعاد تقویت کنندهها برای این مسئله خاص معرفی میشوند.
.1 مقدمه
پوستههای مورد استفاده در سازههای مشبک در واقع صفحات کامپوزیتی چند لایه هستند، که بر اساس نوع طراحی و نیاز موجود میتوانند دارای چینشهای مختلف لایهای با شند. این صفحات عموما از جنس بخش م شبک ساخته می شوند، که باعث سهولت طراحی و ساخت سازه می شود. هچنین رعایت این نکته مشکلات مربوط به اتصالات بخش مشبک و پوسته را به حداقل میرساند. تحقیقات انجام شده در این زمینه را، می توان به سه بخش روشهای تحلیلی، روشهای آنالیز اجزا محدود، و روشهای ساخت و آزمایشی تقسیم بندی نمود.
کمانش یک پوسته استوانه ای مشبک با استفاده از روش توسعهیافته معادل سازی، پوسته توسط وودسنبت و همکاران بررسی شد. در این روش معادلات بر مبنای صفحهمیانی پوسته، ارائه گردید و از روش کمینه کردن انرژی پتانسیلکل، بار کمانش پوسته معادل، محاسبه گردید. علاوه بر آن نتایج مدل سازی سه بعدی در نرم افزار المان محدود و آزمایش نمونه ساخته شده نیز مقایسه شدند. با مقایسه نتایج بدست آمده، از این سه روش نشان داد، که مدل تحلیلی بر مبنای روش توسعه یافته معادل سازی، بسیار کارآمد است و قابلیت استفاده برای پیشبینی بار کمانش عمومی با دقت بالا را برای سازه دارا می باشد
در سال 2008 ژانگ و همکاران مقالهای را انت شار دادند که در آن به معرفی دو ساختار جدید م شبک پرداخته و خواص مکانیکی این دو ساختار را محاسبه کردهبودند. این دو ساختار ترکیبی از ساختارهای شناخته شده بودند. همچنین آنها خواص به دست آمده برای ساختارهای معرفی شده را با روش اجزاءمحدود اعتبار سنجی کردند
بوراگوهین و ولموروگان به معادل سازی ماتریس سختی پوستههای مشبک کامپوزیتی با الگو شش ضلعی پرداختند و با بدست اوردن انرژی و همچنین آنالیز ریتز، بار کمانش سازه را مورد بررسی قرار دادند و همچنین به کمک نرم افزار صحت نتایج را برای مقاطع مختلف به صورت عددی مورد برر سی قرار دادند
یزدانی و رحیمی به مطالعه تجربی کمانش پو ستههای م شبک کامپوزیتی تحت بار محوری پرداختند. در این مطالعه اثرات نوع شبکه بندی و تعداد ریب های تقویت کنندههای مارپیچ، بر رفتار کمان شی پو ستههای م شبک مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت به این نتیجه رسیدند که افزایش تعداد ریبهای مارپیچ تأثیر بیشتری نسبت به اضافه کردن رینگهای محیطی و یا تغییر نوع شبکهبندی دارد. از طرف دیگر پوستههایی که دارای شبکهبندی لوزی شکل بودند، در بارگذاری محوری عملکرد مطلوبی نشان دادند
در سال 2011 ، بوراگوهین و ولموروگان رو شی برای ساخت سازههای ا ستوانهای م شبک کامپوزیتی غیر هم سان ارائه کردند. همچنین این دو، پس از ارائه این روش، سه ا ستوانه که یکی م شبک - پو سته به همراه تقویتی م شبک - ، دیگری غیر م شبک - پوسته بدون تقویتی - و سومی یک استوانه مشبک بدون پوسته بود را ساختند و این سه نمونه را تحت بار فشاری محوری قرار دادند و به مقایسه نتایج پرداختند، همچنین نتایج بدست آمده از آزمایش را با نتایج به دست آمده از روش اجزاء محدود مقایسه کردند
در سال 2011، هی جینگ سان و همکاران یک سیلندر م شبک غیر هم شکل را که دارای یک پو سته بیرونی بود، تحت بار محوری قرار دادند. این کار به این دلیل انجام شد که استحکام سازه و آستانه شکست آن مشخص شود. نتایج حاصله با روش اجزا محدود مقایسه شد
در سال 2011، موروزوف و همکاران به روش اجزاء محدود، تحقیقاتی را بر روی سازههای مشبک کامپوزیتی غیر همشکل انجام دادند. در این تحقیق یک پوسته استوانهای مشبک غیر هم شکل، مطابق شکل - - 15-1 با سه دسته ریب در نظر گرفته شده، که با تغییر در زوایای ریب ها و تعداد آنها و همچنین تغییر در طول استوانه، تحت بارگذاریهای مختلف محوری فشاری ، برشی، خمشی و پیچشی مورد بررسی قرار گرفته است. در تحقیق دیگری آنها به جای پوسته استوانهای یک سازه مخروطی مطابق در نظر گرفتند و همین تحلیلها را بر روی این سازه انجام دادند
در سال 2012، و سیلیو و همکاران در تحقیقی به تو ضیح ساختار کامپوزیتهای م شبک و روند ساخت این سازهها و برر سی آخرین دستاوردها و کاربردهای این سازهها در صنایع فضایی پرداختند. در این تحقیق عنوان شده ریبهای موجود در سازههای مشبک موجب تقویت سازه و کاهش وزن سازه می شود. مزیت ریب ها که از الیاف تک جهته ساخته شده اند، نسبت به چند لایه های کامپوزیتی این ا ست که در ریبها، عیبهایی که در کامپوزیتهای چند لایه به وجود میآید، کمتر پدیدار می شود.
همچنین در این تحقیق عنوان شد که از سال 1981 تا کنون تحقیقات جدی در زمینه سازههای مشبک در روسیه شروع شده و در حدود 30 سال، بیش از چهل موشک با سازههای مشبک کامپوزیتی ساخته و پرتاب شدهاند. موشک پروتون- ام یکی از مو شکهایی ا ست که سازههای م شبک کامپوزیت در ق سمتهای مختلف آن به کار گرفته شده ا ست. همچنین یک آداپتور با سازه مشبک نسبت به یک آداپتور آلومینیومی، دارای 60 درصد وزن کمتر و 30 درصد هزینه ساخت پایین تر است
در سال 2013، رحیمی و همکاران به مدلسازی و بررسی یک سیلندر کامپوزیتی مشبک با نرم افزار ANSYS پرداختند. در این مقاله، با تغییر در قطر سیلندر و پروفیل ریبها به برر سی تاثیر پروفیل ریبها در مقاومت سیلندر، در برابر بار ف شاری محوری پرداختند. همچنین برای ا ستوانههای مختلف، ن سبت ا ستحکام به وزن سازه ح ساب شده و با دیگر مدلها برای د ست یابی به یک مدل مطلوب مقایسه شده است
در این تحقیق با استفاده از روش ریلی ریتز و بهینه سازی به روش الگوریتم ژنتیک، یک پوسته استوانهای کامپوزیتی که توسط یک ساختار م شبک تقویت شده ا ست و تقویتکنندهها به صورت داخلی میبا شند، تحت ف شار هیدروا ستاتیک جانبی مورد تحلیل قرار میگیرد.
با ا ستفاده از تئوری تغییر شکلهای بر شی مرتبه اول خطی و همچنین تو سعه روش معادل سازی، ف شار بحرانی کمانش برای پو ستههای م شبک کامپوزیتی تحت بارگذاری ف شار هیدروا ستاتیک جانبی بد ست میآید. نتایج حا صل ازکمانش پوستههای کامپوزیتی تحت بار فشاری هیدرواستاتیک جانبی اعتبار سنجی شده است. سپس در ادامه نتایج به دست آمده برای کمانش پوسته های مشبک کامپوزیتی تحت دو تئوری کلاسیک چندلایه ای و همچنین تئوری تغییر شکلهای برشی مرتبه اول با هم مقایسه میشوند. در پایان با استفاده از روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک، روند بهینهسازی سازههای مشبک با هدف کاهش وزن آورده شده است.
.2 معادلات حاکم تقویت کننده های کامپوزیتی
برای ایجاد یک مدل تحلیلی، یک سلول واحد از تقویتکنندهها مطابق شکل - 1 - در نظر گرفته میشود، این سلول واحد به گونهای انتخاب می شود که به کمک تکرار این سلول واحد بتوان کل سازه را ایجاد کرد.
