بهینه سازی روتور یک موتور مینی توربوجت با استفاده از مواد هدفمند تابعی

سازه های دوار در صنایع مختلفی نظیر صنایع مکانیک، هوافضا، نیروگاه ها، هسته ای و کشتیرانی به طور گسترده مورداستفاده قرار می گیرند.از مهمترین کاربردهای سازه های دوار در صنایع هوافضا، می توان به استفاده در انواع موتورهای هوایی از جمله موتورهای مینی توربوجت واجزای تشکیل دهنده آنها یعنی توربین ها و کمپرسورها اشاره کرد. یکی از این پرکاربردترین این سازه های دوار، که در این پژوهش مورد بررسیقرار خواهد گرفت، سازه روتور مورداستفاده در یک موتور مینی توربوجت مفروض است که با توجه به هندسه آن، به منظور انجام تحلیل وطراحی اولیه به صورت یک پوسته استوانه دوار جدار ضخیم و همگن مدل سازی و بررسی خواهد شد. استوانه موردبحث در موتور هواییمفروض تحت بارگذاری مکانیکی قرار دارد. بارگذاری مکانیکی شامل اثر ناشی از دوران استوانه و بار گریز از مرکز ناشی از دوران پره هایقرارگرفته در سطح خارجی است. همچنین شرایط مرزی استوانه به صورت دوسر گیردار در نظر گرفته شده است. حل دقیق روتور مفروض بااستفاده از تئوری الاستیک صفحه ای موردبررسی قرارگرفته است. ابتدا معادلات تنش و جابجایی با استفاده از روابط کرنش صفحه ای تئوریالاستیک صفحه ای استخراج شده است. با توجه به اینکه روتور درصد بالایی از وزن و هزینه ی مواد اولیه مورد نیاز جهت ساخت سازه موتور رابه خود اختصاص می دهد، لذا کاهش وزن سازه ی روتور و به تبع آن کل موتور موجب افزایش بازده موتور و کاهش در هزینه های نهاییمی گردد که این امر از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از روش های مورد استفاده در ارتقا خواص سازه های مکانیکی تغییر در جنس اولیهبکار رفته در سازه است. مواد هدفمند تابعی مواد جدیدی هستند که با توجه به متغیر بودن خواص آنها در نقاط مختلف جنس مورد توجهطراحان قرارگرفته است. ازاینرو در ادامه با توجه به تأثیر قابل توجه وزن در طراحی سازه های هوایی و تلاش طراحان قطعات هوایی به جهتکاهش وزن نهایی سازه بدون افت کار کرد سازه از روش بهینه سازی شمارشی به جهت بهینه سازی ابعادی سازه در راستای رسیدن به کمینهوزن ممکن یا بیشینه ضریب اطمینان طبق محدودیت ها و قیود طراحی موجود استفاده شده است. بنابراین تحلیل سازه روتور هدفمند تابعیبا شرایط مرزی مشابه با حالت همگن اولیه به طور جداگانه بررسی خواهد شد. به جهت اعمال بهینه سازی، متغیر طراحی جنس سازه مفروضاست که بجای جنس همگن اولیه از ماده هدفمند تابعی استفاده می گردد. نتایج حاکی از آن است که انتخاب و جایگزینی ماده هدفمند باضریب مناسب می تواند منجر به بهبود قابل توجه ضریب اطمینان و وزن سازه اولیه شود.

Keywords:

روتور , تحلیل الاستیک , تئوری الاستیک صفحه ای , بهینه سازی , ضریب اطمینان , سازه دوار