بهینه‌سازی توان و وزن چرخدنده‌های ساده به کمک روش‌های بهینه‌سازی فرا ابتکاری و روش‌های اجزا محدود

محورهای موضوعی : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی

محمد صادقی ¹ , علی سعداله ²

1 - فارغ التحصیل، دانشگاه علم و فرهنگ
2 - استادیار، دانشگاه علم و فرهنگ

تاریخ دریافت : 1400/12/28 تاریخ پذیرش : 1401/03/29 تاریخ انتشار : 1401/03/01

کلید واژه: الگوریتم چرخه آب, چرخدنده ساده, بهینه سازی, الگوریتم‌های فراابتکاری, الگوریتم شبکه عصبی,

چکیده مقاله :

چرخدنده‌ها یکی از پرکاربردترین اجزای انتقال و یا تغییر قدرت محسوب میشوند که به وفور در صنعت به چشم میخورند. در طراحی چرخدنده ها، متغیرهای وزن، اندازه و راندمان از عوامل مهم و تاثیرگذار در یک طراحی بهینه محسوب میشوند، هرچند این عوامل گاهی در تضاد با یکدیگر هستند. از اینرو اهمیت بهینه سازی در چرخدنده ها امری ضروری قلمداد میشود. امروزه با توسعه رایانه ها و گسترش نرم افزارهای مهندسی در علم مکانیک می‌توان در هزینه و در ساخت این چرخدنده ها پیشرفت قابل توجه ای کرد. چرخدنده مورد نظر در این تحقیق از نوع چرخدنده ساده است که البته این تحقیق قابلیت بسط به انواع دیگر چرخدنده ها را داراست. در این مقاله از نرم افزار انسیس و زبان برنامه نویسی متلب جهت مدلسازی و بهینه سازی چرخدنده ساده استفاده شده است. در این مطالعه، هدف افزایش بیشترین توان با کمترین وزن ممکن است. متغیرهای طراحی در این مقاله، توان، تعداد دندانه، مدول، و ضخامت چرخدنده هستند که به بهینه‌ترین شکل ممکن با نرم‌افزار متلب بهینه سازی شده اند و سپس با نرم‌افزار انسیس مدل‌سازی و تحلیل مهندسی میشوند. در این میان، قیودی مانند قیود مربوط به تنش‌های موجود، مدول، فاصله دو محور چرخدنده، راندمان، و ضرایب اطمینان نیز در نظر گرفته می‌شوند. نتایج حاصله از برنامه نویسی با خطای بسیار کمی نتایج حاصله از نرم افزار مهندسی را تایید میکند که این مهم مبین قابل قبول بودن مدل ریاضی ارایه شده در این مقاله است.

چکیده انگلیسی:

Gearing is one of the most efficient methods of transmitting power from a source to its application with or without change of speed or direction. In this paper, a spur gear model is optimized aiming to maximize its transmission power and minimize its weight. Several design variables named as transmitted power, number of pinion teeth, modules, and thickness of gears have been considered during optimization process. For the sake of optimization, two developed metaheuristics named as water cycle and neural net-work algorithms have been examined using MATLAB programming language platform. Besides, obtained optimization results have been validated and analyzed using well-known commercial computer aided engineering software ANSYS. Based on the ob-tained optimization results, optimum design has been found using optimizers and in terms of engineering analysis good agreement has been observed between the applied finite element approach.

منابع و مأخذ:

مراجع

 

[1] صابونچی، ا.، عباسپور، م.، گنجه‌زاده، ا.، (1379)، حل عددی معادلات انتقال حرارت غلتک نورد در حالت غیردائم و شرابط مرزی متغیر، سمپوزیوم فولاد 79، ص. 657-668.

[2] حاجیان‌نژاد، ع.، توانگر، م.، گنجه‌زاده، ا.، (1379)، شبیه‌سازی کامپیوتری تغییرات دمای بار در خز نوردگرم ورق، سمپوزیوم فولاد 79، ص. 295-307.

[3] صابونچی، ا.، خردمند، س.، مدرس، ف. ق.، کی‌یگانه، ع.، (1384)، شبیه‌سازی حرارتی غلتک‌های نورد گرم بمنظور تخمین اثرات تغییر جنس غلتک بر توزیع دما و کراون حرارتی غلتک کاری، سمپوزیوم فولاد 84، ص. 322-332.

[4] Forouzan, S., Akbarzadeh, A., (2007), Prediction of effect of thermo-mechanical parameters on mechanical properties and anisotropy of aluminum alloy AA3004 using artificial neural network, Materials and Design (28), pp 1678–1684.

[5] سنبلی، ع.، سراج‌زاده، س.، (1386)، تعیین تنش‌های حرارتی-مکانیکی در غلتک طی فرآیند نورد داغ ورق، سمپوزیوم فولاد 86، ص. 521-528.

[6] قره‌داغی، س.، کرمانپور، ا.، ضیایی‌راد، س.، حسن‌پور، ک.، ذاکر، م.، (1386)، شبیه‌سازی عددی مکانیکی-حرارتی مرحله خشن کاری نورد کیلگرد کارخانه کوثر ، سمپوزیوم فولاد 86، ص. 773-781.

[7] کرمانپور، ا.، ضیائی‌راد، س.، حسن‌پور، ک.، طرقی­ن‍ژاد، م.ر.، قره‌داغی، س.، ذاکر،م.، (1387)، تحلیل خط نورد میلگرد فولادهای ساختمانی کارخانه کوثر توسط شبیه‌سازی عددی، سمپوزیوم فولاد 87، ص. 841-848.

[8] Yang, H., Wang, M., Guo, L. G., Sun, Z. C., (2008), 3D coupled thermo-mechanical FE modeling of blank size effects on the uniformity of strain and temperature distributions during hot rolling of titanium alloy large rings, Computational Materials Science 44(2), pp 611-621.

[9] باستی، ع.، خلیلی‌راد، ا.، سندی، م. ج.، (1388)، بررسی اثرات پارامترهای فرآیند نورد گرم در محصول نهایی به روش اجزای محدود، دهمین کنفرانس مهندسی ساخت و تولید ایران، 10.

[10] Shahani, A.R., Setayeshi, S., Nodamaie, S.A., Asadi, M.A., Rezaie, S., (2009), Prediction of influence parameters on the hot rolling process using finite element method and neural network, Journal of Materials Processing Technology 209(4), pp 1920-1935.

[11] D. Benasciuttia, D., Brusab, E., Bazzaro, G., (2010), Finite elements prediction of thermal stresses in work roll of hot rolling mills, Procedia Engineering 2(1), pp 707-716.

[12] Rui-bin, M., Chnag-sheng, L., Xiang-hua, L., Bin. H., (2010), Analysis of strip temperature in hot rolling process by finite element method, International Journal of Iron and Steel Research 17(2), pp 17-21.

[13] Hsu, Y., Lin, Y., Sun, K., Wu, S., (2012), Development of a Continuous Rolling Process for Titanium Wires, China Steel Technical Report 25(1), pp 28-35.

[14] Ding, Y., Zhu, Q., Le, Q., Zhang, Zh., Bao, L., Cui, J., (2015), Analysis of temperature distribution in the hot plate rolling of Mg alloy by experiment and finite element method, Journal of Materials Processing Technology 225, pp 286-294.

[15] Chen, J., Dong, F., Jiang, H., Liu, Zh., Wang, G., (2018), Influence of final rolling temperature on microstructure and mechanical properties in a hot-rolled TWIP steel for cryogenic application, Materials Science & Engineering A 724(1), pp 330-334.

[16] Bazkiaei, A.K., Shirazi, K. H., Shishesaz, M., (2021), Thermo-hyper-viscoelastic analysis of a rubber cylinder under cyclic deformation, Journal of Rubber Research 24(1), pp 13-26.

 [17] آزاد، م.، (1389)، آشنایی با نورد فلزات، اداره آموزش و توسعه منابع انسانی شرکت گروه ملی صنعتی فولاد ایران.