نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار پژوهشگاه هوافضا- وزارت علوم، تحقیقات و فناوری

2 استادیار، گروه علوم فضایی، پژوهشگاه هوافضا

3 پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم تحقیقات و فناوری

چکیده

در این مقاله به بهینه‎سازی سازه‏ای کپسول فضایی با تقریب یک پوسته استوانه‎ای جدار نازک با طول مشخص و تحت نیروی محوری فشاری و فشار جانبی ثابت پرداخته شده است. متغیرهای طراحی شامل قطر بیرونی و ضخامت استوانه است. اهداف بهینه‎سازی، کمینه‎سازی جرم و بیشینه‎سازی فرکانس مود اول ارتعاشاتی استوانه است. قیود طراحی شامل ضریب بار کمانش (ضریب اطمینان کمانش) بالای 1.5 و تنش فون‎میسز زیر 100 مگاپاسکال است. در این مقاله، ابتدا با توجه به حدود مجاز متغیرهای طراحی، یک طراحی آزمایش  و سپس تحلیل حساسیت صورت پذیرفته تا میزان حساسیت توابع هدف و قیود نسبت به متغیرهای طراحی بررسی شود. بعد از حل عددی مقادیر خروجی به کمک نرم‎افزار انسیس و تهیه سطح پاسخ، نقطه بهینه طراحی به کمک الگوریتم بهینه‎سازی ژنتیک دو هدفه شناسایی شده است. در ادامه، با شبیه‎سازی عددی نقطه بهینه، صحت مقادیر به دست آمده از روش سطح پاسخ بررسی شده و دقت آن‎ها تایید شده است. نتایج نشان می‎دهد که در نقطه طراحی انتخاب شده، تنش فون‏میسز کم‌تر از مقدار مجاز خود یعنی 100 مگاپاسکال می‎شود. هم‌چنین ضریب بار کمانشی بیش از دو برابر مقدار حداقلی مجاز خود به دست می‎آید. با این وجود، این نقطه کم‌ترین فاصله از مبدا را داشته و نقطه زانویی به عنوان نقطه بهینه انتخاب شده است

کلیدواژه‌ها

موضوعات

##[1]           M.N. Naeem, C.B. Sharma, “Prediction of natural frequencies for thin circular cylindrical shells,” Proc. Inst. Mech. Eng. Part C J. Mech. Eng. Sci., vol. 214, pp. 1313–1328, 2000.##
##[2]           B. Alzahabi, Modal Vibration Control of Submarine hulls, WIT Trans. Built Environ. 2004, 76, pp. 515–525.##
##[3]           F. Nasrekani, S. Kumar, S. Narayan, “Structural Dynamic Modification of Cylindrical Shells with Variable Thickness,” In Proceedings of the Pressure Vessels and Piping Conference, Virtual, Online, 3 August 2020.##
##[4]           M. Bagheri, A. Jafari, M. Sadeghifar, “Multi-objective optimization of ring stiffened cylindrical shells using a Genetic algorithm,” J. Sound Vib., vol. 330, pp. 374–384, 2011.##
##[5]           M. Mehrabani, A. Jafari, M. Azadi, “Multidisciplinary optimization of a stiffened shell by Genetic algorithm,” J. Mech. Sci. Technol., vol. 26, pp. 517–530, 2012.##
##[6]           M. Sadeghifar, M. Bagheri, A.A. Jafari, “Multi-objective optimization of orthogonally stiffened cylindrical shells for minimum weight and maximum axial buckling load,” Thin-Walled Struct., vol. 48, pp. 979–988, 2010.##
##[7]           V.G. Belardi, P. Fanelli, F. Vivio, “Structural analysis and optimization of an isogrid composite lattice cylindrical shells,” Compos. B Eng., vol. 139, pp. 203–215, 2018.##
##[8]           H. Hu, J. Tsai, “Maximization of the fundamental frequencies of laminated cylindrical shells with respect to fiber orientations,”.J. Sound Vib., vol. 225, pp. 723–740, 1999.##
##[9]           R.M. Koide, M.A. Luersen, “Maximization of fundamental frequency of laminated composite cylindrical shells by ant colony algorithm,” J. Aerosp. Technol. Manag., vol. 5, pp. 75–82, 2013.##
##[10] D. Trias, P. Maimí, N. Blanco, “Maximization of the fundamental frequency of plates and cylinders,” Compos. Struct., vol. 156, pp. 375–384, 2016.##
##[11] B. Miller, L. Ziemia´ nski, “Maximization of eigen-frequency gaps in a composite cylindrical shell using Genetic algorithms and neutral networks,” Appl. Sci., vol. 9, pp. 27-54, 2019.##
##[12] B. Miller, L. Ziemia´ nski, “Optimization of dynamic behavior of thin-walled laminated cylindrical shells by Genetic algorithms and deep neural networks supported by modal shape identification,” Adv. Eng. Softw., vol. 147, pp. 102830, 2020.##
##[13] Z. Jing, “Optimal design of laminated composite cylindrical shells for maximum fundamental frequency using sequential permutation search with mode identification,” Compos. Struct., vol. 279, pp. 114736, 2022.##