پایان نامه ها

دانلود پایان نامه با موضوع شبیه‌سازی، ساده سازی، مدل‌سازی

باشند. روشهاي ديگري نيز براي توقف الگوريتم ژنتيك وجود دارد که به علت کاربرد کمتر از اشاره به آنها پرهيز شده است.
مسئلهاي که در اينجا وجود دارد اين است که در مورد عملگرهاي الگوريتم ژنتيک همه چيز مشخص بوده و به طور قطع ميتوان آنها را انتخاب کرده و در الگوريتم اعمال نمود اما هيچ يک از پارامترهاي الگوريتم ژنتيک يک مقدار يا روند کاملاً مشخص ندارند و مقدار آنها را نمي توان به طور قطع براي هر مسئله مشخص كرد. براي برخي از پارامترها مانند شرط پايان يافتن الگوريتم چند روش پيشنهاد شده که مي توان همه آنها را به طور همزمان اعمال کرد و در نهايت نيز اعلام نمود که کدام شرط باعث پايان يافتن الگوريتم شده است. اما در مورد ديگر پارامترها نميتوان مقدار دقيقي را بيان کرد و مقدار آنها به عوامل مختلفي بستگي دارند و براي مسائل مختلف نيز متفاوت ميباشند. اما آنچه مشخص است اين است هر يك از اين پارامترها داراي يك محدوده مقادير مشخص ميباشند. به عنوان مثال براي درصد تقاطع محدودهاي بين 6/0 تا يک پيشنهاد کردهاند. اما اينکه واقعا چه مقداري را بايد از اين بازه انتخاب کرد بستگي به نوع مسئله دارد. البته ميتوان با توجه به نوع مسئله و گستردگي فضاي طراحي از مقالات ارايه شده در ژورنالهاي معتبر نيز براي تعيين مقدار مناسب اين پارامترها استفاده نمود [45، 46].
تفاوت الگوريتم ژنتيك با ديگر روشهاي جستجو
در اين قسمت خلاصهاي از تفاوتهاي الگوريتم ژنتيك با ديگر روشهاي سنتي جستجو ارايه شده است كه در واقع ميتوان از آن‌ها به عنوان مزاياي الگوريتم ژنتيك ياد كرد. الگوريتم ژنتيك با روشهاي بهينهسازي معمولي تفاوتهاي اساسي دارد كه از مهمترين آنها ميتوان به موارد زير اشاره كرد ‏[47]:
الگوريتم ژنتيك به جاي كار روي يك جواب، بر روي جمعيتي از جوابها كار ميكند. روشهاي رياضي كه در هر لحظه تنها با يك جواب منفرد كار ميكنند در مسايلي كه داراي نقاط بهينه موضعي مي باشند با مشكلات زيادي مواجه خواهند شد.
الگوريتم ژنتيك از روشهاي تصادفي استفاده ميكند نه از روشهاي قطعي98، بنابراين با جابهجاييهاي تصادفي بهتر ميتواند از نقاط بهينه موضعي اجتناب كند. بايد توجه داشت كه الگوريتم ژنتيك يك روش جستجوي تصادفي نيست بلكه از اطلاعات تصادفي در رسيدن به يك نقطه بهينه در فضاي طراحي استفاده مينمايد.
الگوريتم ژنتيك روي حالت كد شده جوابها كار ميكند نه روي خود جوابها.
الگوريتم ژنتيك به مشتق يا ساير اطلاعات كمكي نياز ندارد. فقط تابع هدف و مقادير برازندگي روي جهت جستجو تاثير ميگذارند.
بايد توجه داشت كه الگوريتم ژنتيك در نهايت يك دسته جواب را براي مسئله مورد بررسي فراهم ميآورد كه انتخاب جواب نهايي به عهده كاربر خواهد بود.

فصل سوم

مدل‌سازی فرآيند به کمک نرم‌افزار المان محدود

مقدمه
بررسی فرايند‌هاي شكل‌دهي فلزات به دليل اینکه از لحاظ هندسي، مواد و شرايط تماسي غيرخطي می‌باشند دارای پيچيده‌گی‌های بسیار است و شبيه‌سازي عددی آن‌ها مشكل مي‌باشد. با این وجود شبيه‌سازي فرايند‌هاي شكل‌دهي داراي مزيت‌هايي است كه ارزش تحمل اين مشكلات را دارد. به كمك شبيه‌سازي عددي مي‌توان سيكل توسعه و ساخت يك محصول را كاهش داد زيرا مسايل احتمالي كه ممكن است در حين شكل‌دهي به وجود بيايند، قبل از ساخت ابزار تشخيص داده مي‌شوند و زمان و هزينه مربوط به اصلاح ابزار كاهش مي‌يابد. علاوه بر اين، به كمك شبيه‌سازي عددي مي‌توان كيفيت محصولات توليدي را افزايش داد. بدين طريق كه فرايند‌هاي توليد را به گونه‌اي طراحي نمود كه مسايلي مانند برگشت فنري قطعات به صورت صحيح در ساخت ابزار‌ها لحاظ شوند.
در سال‌هاي اخير نرم‌افزارهاي قدرتمندي مانند Abaqus،Ansys ، Marc و غيره در زمينه شبيهسازي عددي ارايه شده‌اند. در اين پايان‌نامه براي انجام تحليلهاي عددي از نرم افزار Abaqus استفاده شده است. علت استفاده از اين نرم‌افزار، قدرت بالاي آن در شبيه‌سازي فرايند‌هاي شكل‌دهي، سرعت محاسبه بالا و ارايه نتايج دقيق‌تر نسبت به نرم‌افزارهاي مشابه مي‌باشد ‏[48]. علاوه بر اين نرم‌افزار Abaqus داراي كتابخانه وسيعي از مدل‌هاي مواد مي‌باشد، در نتيجه مي‌توان انواع مختلفي از رفتار فلزات، الاستومرها و مواد دیگر را مدل نمود.
در این فصل تحلیل المان محدود فرایند خمکاری فشاری لوله شرح داده شده است. ملاحظات در نظر گرفته در شبیه‌سازی‌های المان محدود به صورت کامل مورد بحث قرار گرفته است. از طریق شبیه‌سازی‌های صورت گرفته تاثیر پارامترهای فشار وارده به مندرل، اصطکاک بین لوله و قالب، اصطکاک بین لوله و مندرل، شعاع نسبی خم (R/D) و قطر نسبی لوله (D/t) بر روی ارتفاع چین‌خوردگی در محل خم مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه‌سازی‌های عددی با انجام چند نمونه تست تجربی صحه‌گذاری شدند که در فصل‌های آینده نتایج آن‌‌ها ارایه شده است.
تحلیل المان محدود خمکاری فشاری لوله
مقدمه
تحليل خمكاري لوله به روش Explicit انجام شد زيرا فرايند خمكاري لوله داراي ماهیت شبه استاتیکی ميباشد. در مقایسه با روش Implicit، روش Explicit توانایی شبیهسازی فرایندهای پیچیده با تغییرشکل های بزرگ و شرایط تماس دینامیکی را بدون مشکلات همگرايي دارا میباشد. ساده سازیها و فرضیات در نظر گرفته شده براي تحليل به گونهای ميباشند که مد
ل المان محدود تا حد امکان به واقعیت نزدیک باشد و پارامترهایی مثل زمان تحلیل، خواص کرنش سختی ماده، شرایط اصطکاکی، تعداد و نوع مشها بر این اساس انتخاب شدهاند.
مدلسازی هندسی
در شکل (‏31) اجزای اصلی مدل المان محدود فرايند خمكاري فشاري لوله نشان داده شده‌اند. برای جلوگيری از پيچيده شدن مدل المان محدود، فقط اجزای اصلی فرايند که شامل قالب، راهنمای لوله، مندرل و لوله می‌باشد مدلسازی شده‌اند. سنبه‌های جلو و عقب لوله مدل نشده‌اند و فقط اثرات آن‌ها (اثر سنبه جلوی لوله اعمال فشار به مندرل است و سنبه عقب لوله وظیفه فشار دادن لوله و مندرل به داخل قالب را بر عهده دارد بنابراین اثر آن به صورت جابه‌جایی در نظر گرفته شده است) لحاظ شده است. درز جوش لوله مورد بررسي قرار نگرفته است بنابراين با در نظر گرفتن تقارن، فقط نیمی از هندسه اجزای فرایند مدل شده‌اند. جهت تهيه داده‌هاي لازم براي انجام بهینهسازی، تحلیلهای المان محدود با ابعاد مختلف قطر لوله و شعاع خم قالب، شرایط اصطکاکی و فشار مختلف انجام شده است. در شکل (‏31) به صورت نمونه، هندسه اجزای قطعات مدل شده نمایش داده شده است. در اين شكل نسبت شعاع خم به قطر لوله برابر با 1.5 می‌‌باشد. معمولاً در مدلسازي فرايندهاي خمكاري لوله از المان پوسته‌اي99 استفاده مي‌شود ولي در اينجا براي نمايش بهتر نحوه تغيير شكل مندرل لاستيكي از المان توپر100 استفاده شده است و براي اجتناب از پيچيدگي‌هاي مربوط به استفاده از چند نوع المان به ويژه در جفت سطوح تماسي، لوله نيز به صورت توپر مدل شده است.

مطلب مشابه :  پایان نامه ارشد رایگان دربارهبازار سهام، سرمایه اجتماعی، تولید ناخالص داخلی، سیستم بانکی

شکل (‏31): هندسه مدل شده جهت تحليل المان محدود فرايند خمكاري

همانطور که در شکل (‏31) نیز نشان داده شده است در وسط مندرل سوراخی در نظر گرفته شده است که به المان‌های وسط مندرل امکان تغییر شکل و فشرده شدن را میدهد. این سوراخ در فرایند خمکاری عملی وجود ندارد و در واقع یک راه حل جهت امکان پذیر شدن تحلیل المان محدود الاستومر میباشد ‏[10]. مندرل به صورت چند تکه مدل شده است به طوری که در دو انتهای لوله از مندرل با جنس سخت و در وسط آن از مندرل با جنس نرم استفاده شده است. با این ساختار میتوان از له شدن لوله در دو انتهای آن توسط سنبه‌های جلو و عقب لوله جلوگیری کرد. به علاوه استفاده از مندرل با جنس نرم در وسط لوله سبب اعمال فشار کافی به سطح داخل لوله میشود و در نتیجه لوله در تماس با سطح داخلی قالب باقی میماند و از چینخوردگی لوله در شعاع داخلی و تخت شدن دیواره آن در شعاع خارجی جلوگیری میشود.
هندسه مدل المان محدود در محیط Abaqus/Cae طراحی شد که در این مورد جهت ایجاد خم 90 درجه، لوله با قطر خارجی 25 میلی متر، ضخامت جدار 1 میلی متر، طول 100 میلی متر مدل شده‌اند. قطر داخلی قالب 25.1 میلی متر، شعاع خم قالب 37.5 میلی متر (R/D=1.5) و قطر خارجی مندرل 23 میلی‌متر در نظر گرفته شدهاند.
تعریف خواص مکانیکی
قالب و راهنمای لوله به صورت صلب مدل شدهاند بنابراین نیازی به تعریف خواص مواد برای آنها وجود ندارد. ولی از آنجایی که لوله و مندرل به صورت شکل‌پذیر تعریف شدهاند باید خواص مکانیکی آنها تعریف شود تا پاسخ آنها در مقابل بار اعمالی بدست آید. از آنجایی‌ که نیروهای وارده به قالب نمی‌توانند موجب تغییر شکل قابل توجه در این اجزاء گردند بنابراین فرض صلب گرفتن قالب و راهنمای لوله تاثیری بر روی نتایج مدل سازی نخواهد داشت. همچنین به دلیل عدم تاثیر این نیروها، استفاده از مدل صلب گسسته نسبت به حالتی که تمامی اجزای مدل تغییر شکل پذیر فرض شوند، زمان محاسبات کمتری خواهد داشت. خواص مکانیکی اجزای تغییر شکل پذیر یعنی لوله و مندرل با انجام تست‌ کشش به دست آمدند. شرح کامل این تست‌ها در فصل کار‌های تجربی ارایه شده است.
مقادیر تنش-کرنش حقیقی مربوط به جنس لوله بر اساس داده‌های تنش-کرنش مهندسی استخراج شدند. از آنجایی که کرنش‌های حقیقی به دست آمده هم شامل کرنش‌های الاستیک و هم کرنش‌های پلاستیک می‌باشند برای تعریف رفتار پلاستیک ماده، کرنش‌های الاستیک از کرنش‌های حقیقی کم شدند. در این پروژه دو جنس مختلف لوله یعنی لوله برنجی و لوله فولادی زنگ نزن استفاده شدند. در شکل (‏32) نمودار تنش-کرنش حقیقی در ناحیه پلاستیک برای این دو جنس لوله نشان داده شده است. ساير خواص مكانيكي مربوط به اين لولهها در جدول (‏31) ارايه شده‌اند.
مندرل از جنس پلی یورتان می‌باشد بنابراین بصورت هایپرالاستیک تعریف شده است. در نرم افزار ABAQUS مدل ماده هایپرالاستیک ایزوتروپیک101 و غیرخطی میباشد و برای موادی که در کرنشهای زیاد رفتار الاستیک از خود نشان میدهند (مثل لاستیک) معتبر است.

مطلب مشابه :  پایان نامه دربارهارزش بازار، ارزش افزوده، ارزش بازار سهام، بازار سهام

شکل (‏32): نمودار تنش حقیقی-کرنش حقیقی در ناحیه پلاستیک

جدول (‏31): خواص مکانیکی لوله‌های فولادی زنگ نزن و برنجی
جنس لوله
مدول يانگ (GPa)
تنش تسليم (MPa)
تنش حد نهایی (MPa)
ضريب پواسون
چگالي (Kg/m3)
فولاد زنگ نزن 304
207
410
626
0.3
7850
برنج 65B
105
186
390
0.33
8450

مشخصه کلیدی که تحلیل المان محدود الاستومرها را از تحلیل المان محدود فلزات جدا می‌کند نحوه تعریف خواص ماده می‌باشد. در فلزات می توان رابطه بین تنش و کرنش در ناحیه الاستیک را خطی فرض کرد و مدول یانگ و ضریب پواسون102 را نیز به راحتی می‌توان در هندبوک‌ها یافت. در ناحیه تغییر شکل پلاستیک نیز می‌توان نمودار تنش-کرنش را به صورت خطی یا غیرخطی در نظر گرفت. در مورد الاستو
مرها تعریف خواص ماده به صورت غیرخطی پیچیده‌تر می‌باشد. یکی از خواص مهم الاستومرها فوق الاستیک بودن آنها می‌باشد بدین معنی که در کرنش‌های بسیار بالا (افزایش طول 200 درصد و بالاتر) خاصیت الاستیک بودن خود را حفظ می‌کنند و پس از برداشتن نیرو، ماده دوباره به شکل اولیه خود باز می‌گردد. این رفتار الاستیک کاملاً غیر خطی می‌باشد در نتیجه به جای استفاده از مدول یانگ و ضریب پواسون، برای تعریف رفتار الاستیک در مواد هایپرالاستیک، از پتانسیل انرژی کرنشی، U(ε)، استفاده می‌شود که برابر با انرژی کرنشی ذخیره شده در واحد حجم مرجع (حجم در حالت اولیه) و به صورت تابعی از کرنش ایجاد شده در هر نقطه از ماده تعریف می‌شود.
در نرم افزار Abaqus حالت‌های مختلفی برای پتانسیل انرژی کرنشی برای الاستومرهای ایزوترپیک و تقریباً غیر قابل تراکم وجود دارد که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به آرودا-بویس103، مارلو104، مونی-ریولین105، اُگدن106، مدل‌های چند جمله‌ای107 و چند جمله‌ای کاهش یافته108 و غیره اشاره کرد. رابطه پتانسیل انرژی کرنشی به فرم چند جمله ای بصورت زیر می

دیدگاهتان را بنویسید