تحلیل ارتعاشات و بهینه سازی تنش دینامیکی در تیرهای جدار نازک با مقطع متغیر

با توجه به روند روبه گسترش طراحی سازه های سبک مستحکم و کارآمد در صنایع پیشرفته ای همچون هوافضا، انرژی های تجدیدپذیر و خودروسازی تحلیل دقیق رفتار دینامیکی سازه هایی نظیر تیرهای جدار نازک با مقطع متغیر از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش تحلیل ارتعاشات و تنش های دینامیکی تیرهای جدار نازک با سطح مقطع متغیر به روش رایلی- ریتز انجام گرفته است. به منظور مدل سازی دقیق تر تغییرات هندسی در راستای طول، تیر توابع چند جمله ای برای توزیع ضخامت و قطر مورد استفاده قرار گرفته اند. با بهره گیری از روش رایلی- ریتز ماتریس های جرمی و سختی به صورت نیمه تحلیلی استخراج و معادلات حاکم بر ارتعاشات آزاد و اجباری به دست آمده اند. در ادامه پاسخ دینامیکی تیر تحت بار گسترده سینوسی محاسبه و توزیع تنش خمشی در طول تیر مورد ارزیابی قرار گرفته است. به منظور دستیابی به طراحی بهینه هندسه تیر با هدف کاهش همزمان تنش بیشینه و جرم، سازه به کمک الگوریتم ژنتیک چندهدفه ی NSGA-II بهینه سازی شده است. مجموعه ای از طرح های بهینه روی جبهه پارتو استخراج و تحلیل شده اند. نتایج حاصل نشان می دهد که انتخاب مناسب تابع تغییرات ضخامت و قطر با استفاده از روش بهینه سازی چندهدفه می تواند ضمن کاهش قابل توجه تنش های دینامیکی وزن سازه را نیز به طور موثری کاهش دهد، همچنین مقایسه پاسخ های عددی با نتایج نرم افزار ABAQUS تطابق بسیار مطلوبی را نشان می دهد که موید دقت و کارایی مدل پیشنهادی است. روش ارائه شده می تواند به عنوان ابزاری کارآمد در طراحی و بهینه سازی سازه های سبک و مقاوم در کاربردهای مهندسی به ویژه در صنایع هوافضا، انرژی و خودروسازی مورد استفاده قرار گیرد.

Keywords:

تیر جدار نازک , سطح مقطع متغیر , روش رایلی- ریتز , الگوریتم ژنتیک NSGA-II