پروژه بهینه سازی سپر کامپوزیتی خودرو و تجزیه تحلیل آن به روش المان محدود

توضیحات:

پروژه و پایان نامه بهینه سازی سپر کامپوزیتی خودرو و تجزیه تحلیل آن به روش المان محدود در 127  صفحه با اصول نگارشی روش تحقیق در قالب word و قابل ویرایش همراه با جزئیات کامل

چکیده:

منظور از این مطالعه بیان راه حل بهینه و مناسب برای طراحی سپر کامپوزیتی و مقایسه استحکام آن با سپر فلزی می‌باشد. خوشبختانه پیشرفت‌هایی که در تکنیک‌های شبیه‌سازی عددی مانند روش المان محدود صورت گرفته است، این نیاز را رفع کرده، به گونه‌ای که امروزه با توجه به مزایای تکنولوژی محاسبات عددی تحت ضربه قرار دادن سپرهای کامپوزیتی با استفاده از روش المان محدود می‌تواند مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گیرد، به‌طوری که پیش‌بینی صحیحی از پارامترهای مربوطه تنش ،کرنش و جابجایی داشت.در این تحقیق با توجه به اهمیت پیش‌بینی استحکام سپر کامپوزیتی ، توسط یک مدل المان محدود دقیق و کارا که قادر به شبیه‌سازی صحیحی از اعمال ضربه باشد،مورد توجه قرارگرفته می‌شود. بهینه سازی جنس سپر کامپوزیتی بوسیله الگوریتم بهینه ساز رقابت استعماری صورت میگیرد وشبیه‌سازی سپر بهینه سازی شده توسط روش المان محدود و با استفاده از نرم‌افزار ABAQUS صورت می‌گیرد( نرم‌افزار ABAQUS از دسته نرم‌افزارهای تحلیلی است که از روش اجزای محدود برای مدل‌سازی و تحلیل در آن استفاده می‌شود)سپس با استفاده از مدل‌سازی به‌وسیله نرم‌افزار المان محدود ABAQUS نتایج مورد تجزیه‌وتحلیل قرار می‌گیرد.

فهرست مطالب:

فصل اول:کلیات تحقیق

1-1 مقدمه   1

1-2 بیان مسئله 2

1- 3 اهمیت و ضرورت انجام تحقیق  3

1-4 جنبه جدید بودن و نوآوری در تحقیق 3

1-5 اهداف مشخص تحقیق 3

1-6 فرضیه‌های تحقیق 4

1-7 ساختار پایان‌نامه 4

فصل دوم: مروری بر ادبیات تحقیق و پیشینه تحقیق

2-1موادمرکب 7

2-1-1تاریخچه کامپوزیت ها 7

2-1- 2مزایای کامپوزیت ها 9

2-1-3 محدویت های کامپوزیت ها 10

2-1- 4تاریخچه صنعت کامپوزیت ها 10

2-1-5 فازهای کامپوزیتی وتقسیم بندی کامپوزیت ها 11

2-2 کاربردکامپوزیت ها 13

2-2-1 کاربردکامپوزیت ها درصنایع حمل ونقل جاده ای 13

2-2-2 استفاده ازموادکامپوزیت درساخت تانک های جنگی وسلاح 14

2-2-3 کاربردکامپوزیت هادرصنایع هوا- فضا 14

2-2-4کاربردکامپوزیت هادرساخت فضاپیماها 16

2-2-5استفاده ازکامپوزیت هادرصنایع حمل ونقل ریلی 17

2-2-6کاربردکامپوزیت هادرواحدهای شیمیایی 18

2-2-7کاربردکامپوزیت هادرصنعت دریایی 19

2-2-8کاربردکامپوزیت هادرصنایع الکتریکی 19

2-2-9کاربردکامپوزیت هادرصنعت هسته ای 19

2-3 سپرهای کامپوزیت 19

2-4 روش تولیدجی ام تی 20

2-5 مزایای روش جی ام تی 20

2-6 مدل سازی به روش اجزاء محدود 21

2-6-1آشنایی باروش اجزاء محدود 21

2-6-2مسائل مهندسی 22

2-6-3روشهای عددی 22

2-6-4تاریخچه ای کوتاه به روش المان محدود 23

2-6-5مراحل اصلی درروش المان محدود 25

2-6-6توابع شکل 26

2-6-6-1تقسیم بندی یک ناحیه به تعدادی المان برای المان های یک بعدی 27

2-6-6-2معرفی توابع شکل برای یک المان خطی 27

2-6-6-3خواص توابع شکل 27

2-6-6-4المان درجه دوم 27

2-6-7آباکوس 29

2-6-7-1تاریخچه آباکوس 30

2-6-7-2بخش های آباکوس 30

2-6-7-3مبانی نرم افزارآباکوس 30

2-7 بهینه سازی 32

2-7-1بهینه سازی سازه های مهندسی 32

2-7-2کاربردهای بهینه سازی درمهندسی 33

2-7-3بهینه سازی سازه های مرکب 34

2-7-4الگوریتم های بهینه سازی 35

2-7-4-1الگوریتم ژنتیک 35

2-7-4-2الگوریتم بهینه سازی رقابت استعماری 36

2-8 پیشینه تحقیقاتی 36

فصل سوم:روش اجرای تحقیق

3-1تئوری ها 39

3-1-1تئوری حاکم برکامپوزیت ها 39

3-1-1-1رفتارماکرومکانیک یک لایه 39

3-1-1-2 ثابت های مهندسی برای موادارتوتروپ 43

3-1-1-3استحکام درکامپوزیت ها 43

3-1-1-4نظریه های شکست درحالت دومحوری برای موادارتوتروپ 43

3-1-1-4-1تئوری تنش حداکثر 43

3-1-1-4-2معیارکرنش حداکثر 44

3-1-1-4-3 تئوری- سای- هیل 45

3-1-1-4-4تئوری سای- وو 46

3-1- 2تئوری کلاسیک لایه ای 47

3-1-2-1نیروهاوممان های چندلایه 49

3-2مدل سازی 51

3-3بهینه سازی 51

3-3-1الگوریتم ژنتیک 51

3-3-2الگوریتم رقابت استعماری 52

 فصل چهارم: بهینه سازی

4-1 الگوریتم ژنتیک 54

4-2الگوریتم بهینه سازی رقابت استعماری 55

4-2-1استعمارگران اولیه تولید شده ومستعمرات آنها 56

4-3روش آنالیز مسئله 59

4-3-1محاسبه تنش های هرلایه درمختصات محلی 59

4-3-2محاسبه تنش های هرلایه درمختصات کلی 60

4-3-3روش طراحی برای دستیابی به بار نهایی صفحات 60

4-3-4تئوری گسیختگی تسای -  وو دربهینه سازی 61

4-4 بهینه سازی 61

4-4-1 تابع هدف 61

4-4-1-1 وزن 61

4-4-1-2 هزینه 61

4-4-1-3بار نهایی 62

4-4-2متغیرهای طراحی 62

4-4-3تشکیل تابع هدف  63

4-4-4نتایج حاصل از الگوریتم های ژنتیک ورقابت استعماری 64

فصل پنجم:بررسی ومدل سازی سپر کامپوزیتی

5-1 مدل سازی هندسه قطعات درنرم افزارآباکوس 67

5-1-1مرحله اول:واردکردن فایل درنرم افزار 68

5-1-2 مرحله دوم:تعریف خواص درمدول پروپرتی 69

5-2 مشخصات سپرفلزی و کامپوزیتی وجی ام تی  69

5-3 مشخصات معیارتسای – وو 70

5-4 تعریف خصوصیات مواددرنرم افزارآباکوس 72

5-1-3 مرحله سوم:مونتاژمجموعه درمدول اسمبلی 75

5-1-4 مرحله چهارم:تعریف مراحل حل درمدول استپ 75

5-1-5 مرحله پنجم:تعریف خواص برخورددرمدول اینتراکشن  78

5-1-6 مرحله ششم:اعمال شرایط مرزی وبارگذاری درمدول لود 80

5-1-7 مرحله هفتم: مش بندی درمدول مش 82

5-1-8مرحله هشتم: حل مساله درمدول جاب 83

5-5 مشاهده نتایج درمدول ویژولیشن 84

5-6 بررسی نتایج 85.

5-6-1 مقایسه نمودارتنش – زمان درنمونه های آزمایشی 85

5-6-2 مقایسه نمودارکرنش- زمان درنمونه های آزمایشی 86

5-6-3 مقایسه نمودارجابجایی- زمان درنمونه های آزمایشی 86

5-6-4مقایسه وزن مواد مختلف برای ساخت سپرخودرو 87

5-6-5مقایسه قیمت هرجنس برای ساخت سپرخودرو 88

5-6-6مقایسه استحکام جنس های مورد آزمایش برای ساخت سپرخودرو 90

5-6-7مقایسه تابع برازندگی برای جنس های مورد آزمایش برای ساخت سپر خودرو 91

فصل ششم : نتیجه گیری وپیشنهادات

نتیجه گیری 94

منابع فارسی 95

منابع لاتین 96

ضمائم وپیوست ها 98

فهرست جداول

 2-1جدول برخی ازخصوصیات کامپوزیت ها و فلزات صنعتی 15

2-2 جدول نمونه ازاجزاء ساخته شده باکامپوزیت 16

4-1جدول مقادیرهزینه به ازای زوایای مختلف الیاف 63

4-2جدول مشخصات موادبرلایه های کامپوزیتی 63

4-3جدول تعدادی ازپارامترهامربوط به فایل ورودی برنامه بهینه ساز الگوریتم رقابت استعماری 64

4-4 جدول نتایج حاصل ازبهینه سازی به وسیله الگوریتم رقابت استعماری 64

4-5جدول ویژگی های موادسپرهای فلزی وکامپوزیتی 67

5-1 جدول ویژگی های مواد سپرهای فلزی و کامپوزیتی 69

5-2جدول مشخصات موادبرای لایه های کامپوزیتی 70

5-3جدول مشخصات معیار تسای – وو 70

5-4 جدول قیمت هرکیلوگرم ازموادسازنده سپرهای آزمایشی 89

5-5جدول مقدارتابع برازندگی درسپرهای موردآزمایشی 92

فهرست نمودارها

5-1 نمودارتنش – زمان 85

5-2نمودارکرنش – زمان 86

5-3نمودارجابجایی – زمان 86

5-4نمودارمقایسه وزن موادمختلف برای ساخت سپرخودرو 88

5-5نمودارمقایسه قیمت هرجنس برای ساخت سپرخودرو 90

5-6نمودارمربوط به استحکام نهایی سپرهای آزمایشی 91

5-7نمودارمقداربرازندگی سپرهای آزمایشی 92

فهرست شکل‌ها

2-1 انواع کامپوزیت ها 8

2-2کاربردکامپوزیت ها دربوئینگ-737-300 14

2-3پوسته موتورنگه دارنده آن دربوئینگ757 15

2-4کاربردکامپوزیت هادرموتورراکت ها 17

2-5مدل سازی تیرمخروطی تحت کشش به فنرهای سری 24

2-6تقسیم یک ناحیه به مناطق کوچکتر(گره المانها 26

2-7توابع شکل برای المان محدود 27

2-8نمونه فرم تغییریافته قطعه درنرم افزارآباکوس 32

3-1نیروها وممان های یک چندلایه تخت 49

3-2 لایه های ورق 50

4-1انتخاب کشورهادرالگوریتم رقابت استعماری  56

4-2تعداد مستعمرات هراستعمارگر 56

4-3چگونگی جابجایی کشورمستعمره درراستای سیاست جذب 56

4-4حذف یک استعمارگردرهردوره تکرارالگوریتم 57

4-5ساختارالگوریتم رقابت استعماری 58

4-6مقایسه رفتارصفحه کمانش کرده باصفحات مرکب چندلایه 59

5-1موادتشکیل دهنده ورق کامپوزیتی 67

5-2ورق کامپوزیتی 67

5-3واردکردن خصوصیات مواددرآباکوس 73

5-4واردکردن خصوصیات معیارتسای - وو  دوره آباکوس 73

5-5واردکردن خصوصیات لایه های ماده کامپوزیتی درآباکوس 74

5-6لایه های کامپوزیت درآباکوس 75