فهرست مطالب
عنوان صفحه
فهرست جدول‌ها ه
فهرست شکل‌‌ها و
فصل 1- مقدمه 1
1-1- بیان مسئله 1
1-2- ساختار پایان نامه 2
فصل 2- مقدمه ای بر کامپوزیتها و الگوریتم ژنتیک 4
2-1- تعریف کامپوزیت 4
2-2- تاریخچه کامپوزیتها 4
2-3- مزایای استفاده ازکامپوزیت ها 5
2-4- کاربرد کامپوزیتها 6
2-5- طبقه بندی کامپوزیتها 8
2-5-1- کامپوزیتهای ذره ای(تقویت شده باذرات 8
2-5-2- کامپوزیتهای لیفی(تقویت شده باالیاف) 9
2-6- انواع الیاف مورداستفاده درکامپوزیت ها 10
2-6-1- الیاف شیشه: 10
2-6-2- الیاف کربن 11
2-6-3- الیاف آرامید (کولار) 11
2-6-4- الیاف برن (Boron ) 12
2-6-5- الیاف پلی اتیلن 12
2-6-6- الیاف سرامیکی 12
2-6-7- الیاف فلزی 12
2-7- ماتریس های پلیمری 13
2-7-1- ماتریس اپوکسی 13
2-7-2- ماتریس پلی استر 14
2-7-3- ماتریس فنولیک 15
2-8- معادلات ساختاری کامپوزیت ها 15
2-8-1- قانون عمومی هوک 15
2-9- تقارن مواد 18
2-9-1- مواد منوکلینیک 18
2-9-2- مواد اورتوتروپیک 21
2-9-3- ایزوتروپ جانبی 23
2-9-4- مواد ایزوتروپ 24
2-10- ثابتهای مهندسی 25
2-11- ماتریس های سفتی در یک لمینیت 29
2-12- ثابت های مهندسی یک لایه چینی 31
2-13- ثابت های مهندسی درون صفحه ای یک چندلایه 32
2-13-1- ثابت های کششی یک چند لایه [6] 32
2-13-2- ثابت های خمشی یک چندلایه[6] 33
2-14- الگوریتم ژنتیک 33
2-14-1- پیشگفتار 33
2-15- برازندگی 37
2-16- تولید مثل 38
2-16-1- انتخاب 39
2-16-2- انتخاب بر اساس گردونهی شانس 39
2-16-3- روش انتخاب متناسب 40
2-16-4- روش انتخاب مسابقهای (تورنمنت) 41
2-16-5- انتخاب نخبهگرا 41
2-17- عملگرهای ژنتیکی 42
2-17-1- همگذری (ادغام) 42
2-17-2- جهش 48
فصل 3- مروری بر پژوهش های پیشین 50
فصل 4- مدلسازی، تحلیل و بهینه سازی 58
4-1- مقدمه 58
4-2- مراحل طراحی و تحلیل تیر I-شکل 59
4-3- مرحله اول (مدل کردن) 59
4-3-1- قسمت sketch 60
4-4- مرحله دوم (مشخص کردن مواد) 62
4-5- مرحله سوم (اسمبلی کردن) 65
4-6- مرحله چهارم (طراحی مراحل حل step) 65
4-7- مرحله پنجم (مرحله بارگذاری) 66
4-8- مرحله ششم (مرحله المان بندی (مش بندی)) 68
4-9- مرحله هفتم (حل) 69
4-10- مشاهده نتایج 69
4-11- بهینه سازی و بررسی نتایج 70
4-11-1- روش رگرسیون چند متغیره جهت پیشبینی وزن و سفتی 70
4-12- بهینهسازی به کمک الگوریتم ژنتیک 75
4-12-1- بهینهسازی چند متغیره 75
4-12-2- بهینهسازی سفتی بصورت تک هدفه 80
4-13- بررسی اثر جنس 82
4-14- بررسی اثر چیدمان لایه ها 83
فصل 5- نتیجه‌گیری و پیشنهادها 85
5-1- نتیجه‌گیری و جمعبندی 85
5-2- پیشنهادها 88
فهرست مراجع 89
فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول 4 1: خواص مکانیکی کامپوزیت ها []. 59
جدول 4 2: نتایج عددی 71
جدول 4 3: مقادیر بهینه معرفی شده توسط الگوریتم ژنتیک(جبهه پارتو) 77
جدول 4 4: نتیجه حاصل از الگوریتم ژنتیک برای بهینهسازی سفتی. 82
جدول 4 5: خواص فیزیکی مکانیکی شیشه/اپوکسی، گرافیت/اپوکسی و فولاد. 82
جدول 4 6: تغییر شکل ناشی از چیدمان لایه های مختلف 83
فهرست شکل‌‌ها
عنوان صفحه
شکل 2 1: نمونه هایی ازکاربرد کامپوزیت هادرصنایع مختلف 7
شکل 2 2: تقارن نسبت به صفحه x1-x2 19
شکل 2 3: لایه تک جهته off axis 21
شکل 2 4: تقارن نسبت به صفحات x1-x2 و x2-x3 22
شکل 2 5: کامپوزیت اورتوتروپ 23
شکل 2 6: ماده ایزوتروپ جانبی 24
شکل 2 7: ثابتهای مهندسی برای مواد ایزوتروپ عرضی 27
شکل 2 8: پارامترهای مختلف مربوط به یک لایه چینی []. 29
شکل 2 9: نمایی از شکل یک کروموزوم بکار گرفته شده در الگوریتم ژنتیک [7]. 35
شکل 2 10: یک نمونه گردونه شانس [7] 40
شکل 2 11: نمایش فرایند همگذری [7]. 42
شکل 2 12: ادغام تک نقطهای. 43
شکل 2 13: ادغام دو نقطهای. 44
شکل 2 14: ادغام چند نقطهای در صورتیکه تعداد مکانها زوج باشد. 45
شکل 2 15: ادغام چند نقطهای در صورتیکه تعداد مکانها فرد باشد. 45
شکل 2 16: ادغام یکنواخت. 46
شکل 2 17: ادغام تصادفی با استفاده از مقدار Mask. 47
شکل 3 1: دسته بندی مدلهای معمول کامپوزیتی بر اساس مقدار پیچیدگی []. 51
شکل 3 2: دسته بندی آنالیز سازه های کامپوزیتی بر حسب پیچیدگی. 54
شکل 3 3: دسته بندی سطوح بهینه سازی بر حسب پیچیدگی. 55
شکل 4 1: ابعاد انتخابی از جدول اشتال. 58
شکل 4 2: مشخصات اولیه part. 60
شکل 4 3: Sketch مربوط به تیر مورد نظر 61
شکل 4 4: نمای سه بعدی تیر مورد نظر. 62
شکل 4 5: وارد کردن خواص مکانیکی کامپوزیت تک لایه. 63
شکل 4 6: چیدمان لایههای کامپوزیتی. 64
شکل 4 7: زاویه الیاف در بال و جان تیر I-شکل. 64
شکل 4 8: محیط اسمبل کردن نمونه 65
شکل 4 9: انتخاب نحوه اعمال نیرو. 66
شکل 4 10: اعمال نیرو و شرایط مرزی 67
شکل 4 11: مش بندی نمونه. 69
شکل 4 12: مشاهده نتایج 70
شکل 4 13: احتمال نرمال باقیماندهها برای رگرسیون سفتی 74
شکل 4 14: پراکندگی باقیماندهها برای رگرسیون سفتی 74
شکل 4 15: پراکندگی زمانی باقی ماندههای رگرسیون سفتی 75
شکل 4 16: جبهه پارتو 77
شکل 4 17: رابطه بهینه بین سفتی و وزن 80
شکل 4 18: روند تولید نسل برای رسیدن به حداقل زبری سطح 81
شکل 5 1: نتیجه حاصل از تاثیر پارامترهای ورودی بر روی سفتی 85
شکل 5 2: تاثیر پارامترهای مختلف بر سفتی خمشی. 87
مواد کامپوزیتی در صنعت برای سالهای زیادی استفاده شده است زیرا آنها در مقایسه با مواد ایزوتروپیک همگن عملکرد بهتری دارند. کامپوزیتهای پیشرفتهای مانند الیاف شیشه و کربن به طور گستردهای در صنایع هوافضا استفاده میشود. مزایای استفاده از کامپوزیتها مانند استحکام و سفتی بالا، مقاومت به خوردگی خوب، و انبساط حرارتی پایین، آنها را یک اولویت اصلی در ساخت بدنه هواپیما و موارد دیگر کرده است. همچنین گستردگی محدوده انتخاب مواد به طراح این امکان را می دهدکه به خواص مورد نظر برای یک کاربرد خاص دسترسی راحتی داشته باشد.
مزایای خواص مواد و انعطافپذیری در انتخاب مواد، مواد کامپوزیت را یک اولویت اصلی در کاربردهای سازه ای کرده است. بر خلاف مواد ایزوتروپیک، مطالعه پارامتریک تیرهای کامپوزیتی برای طراحی بهینه،به دلیل بالا بودن تعداد پارامترهای دخیل در طراحی مانندلایه بندی و پیکربندی لایه ها کاری پیچیده است. علاوه بر این، محدودیتهای روش تحلیل اجزاء محدود در طراحی نیاز به یک راه حل تحلیلی بسته برای تجزیه و تحلیل تنش تیرهای کامپوزیتی چند لایه ایجاد کرده اند. در کامپوزیتهای لایهای، انتقال ناگهانی خصوصیات مواد از یک لایه به لایه دیگر باعث ایجاد تنشهای نامطلوب بین لایهای در فصل مشترک لایهها میشود. این تنشها میتوانند باعث تغییر شکل پلاستیک، ایجاد ترک و حتی جدایش لایهها شوند که این اثرات نامطلوب باعث کاهش ظرفیت باربری تیر می گردد. مواد کامپوزیت با نسبت مقاومت به وزن بسیار مناسب در مقایسه با سایر مواد متداول در صنایع، روز به روز بر کاربردشان افزوده میگردد. این مواد معمولا به صورت لایههای نازک ساخته میشوند که رفتاری اورتوتروپیک دارند. رفتار این لایهها به صورت ورقهای نازک و پوستهها بسیار کارآمد میباشند.
تیرهای کامپوزیتی جداره نازک I-شکل به صورت گستردهای به عنوان عناصر اصلی سازه استفاده میشوند. علاوه بر این، ماهیت ناهمسانگرد مواد کامپوزیت پیش بینی رفتار سازه تحت بارگذاری را تا حدودی پیچیده می کند. روش اجزاء محدود برای کمک به طراح در پیدا کردن یک راه حل بهینه مورد استفاده قرار میگیرد. با این حال، این روش در شرایطی که پارامترهای طراحی تعداد زیادی هستند دست و پا گیر و هزینه بر است. بنابراین، نیاز به توسعه یک روش کارآمد برای تجزیه و تحلیل تیرهای کامپوزیتی برای طراحی بهینه تیرهای جدار نازک مورد نیاز است. لذا در این مطالعه با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود آباکوس به بررسی و مدلسازی تیرهای I-شکل تحت خمش پرداخته می شود. هدف از این مطالعه تغییر پارامترهایی همچون ضخامت، تعداد و نوع لایه ها در مقاطع متفاوت جهت رسیدن به بهینه ترین طرح می باشد.
در فصل اول به بیان مسئله و ساختار کلی پایان نامه پرداخته شده است.
در فصل دوم، کامپوزیتها، انواع آنها از نظر جنس الیاف و رزین و کاربردهای هرکدام مورد بررسی قرار گرفته است.
در ادامه و در فصل سوم، به مرور پژوهش هایی که در زمینه خواص مکانیکی تیرهای کامپوزیتی و اثر پارامترهای مختلف بر آنها صورت گرفته است، پرداخته و همچنین مطالعات انجام شده در خصوص بهینه سازی پارامترهای ساختاری تیرهای کامپوزیتی با مقاطع مختلف نیز مورد بررسی قرار گرفته است.
در فصل چهارم و پنجم به ترتیب به روابط تئوری مربوط به خواص مکانیکی کامپوزیت ها و اصول الگوریتم ژنتیک پرداخته شده است.
در فصل های انتهایی مراحل مدلسازی تیر کامپوزیتی I-شکل بر طبق جدول اشتال مربوط به فولاد و چگونگی تحلیل آنها در نرم افزار آباکوس ذکر شده و پس از بهینه سازی بروش الگوریتم ژنتیک، نتایج استخراج شده جهت یافتن پارامترهای بهینه مورد ارزیابی قرار گرفته است.
