دست یابی به خواص بهینه مکانیکی مدول برشی، مدول حجمی و سفتی محوری با استفاده از بهینه سازی توپولوژی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران.

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران.

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران.

4 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران.

doi
10.22068/jstc.2024.2016020.1870
چکیده

از سالیان نه چندان دور و به خصوص اخیرا، ایجاد موادی مطلوب چه از لحاظ مواد تشکیل‌دهنده و چه با خواص مورد انتظار از سوی متخصصین پیگیری می‌‌شده است. در این بین ریزساختار‌ها به جهت حالت بهینه و دقت محاسبات مورد توجه بوده‌اند. ریزساختار‌ها همان مواد ناهمگنی هستند که طی یک فرآیند بهینه‌سازی معماری‌های ساختارشان بهینه می‌شود. در این مقاله فرآیند بهینه‌سازی توپولوژی برای طراحی ریزساختار چندفازی الاستیک با استفاده از فاکتور جبران‌سازی و روش همگن‌سازی عددی پیاده‌سازی می‌شود. طی این مطالعه بهینه‌سازی عددی با اعمال محاسبات روی متغیرهای طراحی متشکل از درصد حجمی هر فاز در هر المان انجام می‌گیرد. روش حل مسئله بهینه‌سازی توپولوژی مبتنی بر تقسیم به چند سری زیرمسئله بهینه‌سازی دو ‌فازی است که وظیفه انجام آن با یک عمل‌گر مرسوم دوفازی به عنوان یک عمل‌گر درون فضای بهینه‌سازی است. در این پژوهش به مقدارهایی برابر 7264/0 ،0.4447 و 0.3008 برای خاصیت‌های مدول برشی، حجمی و سفتی محوری دست پیدا کردیم. در یک دید کلی، میزان محاسبات و دشواری مسئله به تعداد فازهای شرکت‌کننده در فرآیند طراحی ساختار وابسته است. تا پیش از این مطالعه برای ریزساختارهای متناوب، متقارن و دوفازی به این سوال پاسخ داده شده است. طی مطالعه حاضر ما با تشکیل تانسورهای خواص مواد به صورت تابعی از درصد حجمی به مسئله طرح‌شده پاسخ می‌دهیم. این راه حل با تعریف یک فضای طراحی و میدانی منظم از مرزهای بالا و پایین دستگاه متخصات محلی انجام می‌گیرد. مرزهایی که حفظ آن‌ها موجب انسجام و استانداردسازی برای کارهای بعدی در زمینه طراحی ریزساختارهای چندفازی است.