تحلیل و بهینه سازی صفحه کامپوزیتی تحت بار انفجار زیر آب با روش المان محدود
محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوینسید علی گله داری 1 , عباس وفایی‌صفت 2 , داوود آرزومندی 3 , حسین خدارحمی 4 , مهدی شهابی 5
1 - مربی، گروه مکانیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد، اصفهان، ایران
2 - دانشیار، تهران، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، مرکز تحقیقات بالستیک، ضربه و انفجار
3 - کارشناس ارشد مکانیک، تهران، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، مرکز تحقیقات بالستیک، ضربه و انفجار
4 - دانشیار، تهران، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، مرکز تحقیقات بالستیک، ضربه و انفجار
5 - کارشناس ارشد مکانیک، تهران، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، مرکز تحقیقات بالستیک، ضربه و انفجار
کلید واژه: بهینهسازی, الگوریتم ژنتیک, انفجار زیر آب, روش اجزاء محدود, صفحه کامپوزیتی,
چکیده مقاله :
سازههای دریایی باید علاوه بر تحمل فشار هیدرواستاتیک آب، تا حد امکان در برابر بارهای ناشی از انفجار زیر آب مقاوم باشند. میبایست نسبت استحکام به وزن این سازهها تا حد امکان بالا بوده، تا سازه طراحی شده به لحاظ مواد مصرفی، انرژی و هزینه بهینه باشد. در این مقاله ابتدا روشی جهت شبیهسازی پدیده انفجار زیر آب در محیط نرمافزار ABAQUS ارائه شده و با استفاده از نتایج تجربی موجود، این روش صحتسنجی شده است. سپس با استفاده از این روش رفتار دینامیکی سازۀ کامپوزیتی تحت بار انفجار زیر آب بررسی شده است. در ادامه الگوریتمی ارائه شده است که بهوسیله آن میتوان با تغییر زاویه و ضخامت صفحه کامپوزیتی، وزن صفحه را در شرایطی که سازه در مقابل بار انفجار زیر آب دچار شکست نشود، با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه نمود. نتایج نشان میدهد که الگوریتم ارائه شده توانایی بهینهسازی وزن سازۀ کامپوزیتی را دارد. بر اساس بهینهسازی انجام شده، با کاهش %38 وزن، سازه همچنان در برابر نیروی انفجار مقاوم است. با توجه به پایین بودن نسبت وزن به استحکام در سازههای کامپوزیتی، این سازهها کاربردهای فراوانی در صنایع نظامی و دریایی دارند. از نتایج این مسئله میتوان برای بهینهسازی وزن و استحکام سازههای دریایی که در مقابل بار انفجار زیر آب قرار میگیرند استفاده نمود.
Marine structures in addition to sustain water hydrostatic pressure should be as far as possible resistant against the loads resulting from underwater explosions. The ratio of strength to weight of these structures should be high as far as possible, so the designed structure in terms of materials, energy and the cost would be optimized. In this paper at first a method for simulation of underwater explosion phenomena in the ABAQUS software environment is presented and by using available experimental results, this method is verified. Then, by using this method the dynamic behavior of the composite structure subjected to underwater explosion is investigated. In following, an algorithm is presented by which the weight of plate can be optimized by using genetic algorithm through change of the angle and thickness of composite plate, in conditions that structure against underwater explosion load would not be fractured. Results show that the presented algorithm can optimize the composite structure weight. Upon to 38% weight reduction, the structure is still resistant against the explosive load. According to low weight to strength ratio of composite structures, they have many applications in military and marine industries. The presented method can be used to optimize the weight and strength of marine structures subjected to underwater load.