بهینه سازی پارامترهای مؤثر بر کمانش حرارتی صفحات کامپوزیت هیبریدی حاوی گشودگی با استفاده از الگوریتم ژنتیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه صنعتی شاهرود

چکیده

بهینه‌سازی در طراحی و نگهداری بسیاری از سیستم‌های مهندسی، اقتصادی و حتی اجتماعی به منظور حداقل کردن هزینه لازم و یا حداکثر کردن سود کاربرد دارد. در تحلیل کمانش صفحات کامپوزیت هیبریدی حاوی گشودگی، هندسه گشودگی، زاویه الیاف، نسبت اندازه گشودگی به اندازه صفحه، نرمینگی گوشه‌های گشودگی و زاویه چرخش گشودگی از جمله پارامترهای تأثیرگذار بر کمانش هستند. از این رو در این تحقیق سعی شده تا با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک، پارامترهای بهینه جهت دستیابی به حداکثر مقدار دمای بحرانی کمانش صفحات کامپوزیت هیبریدی حاوی گشودگی‌های چندضلعی در شرایط مرزی مختلف و آرایش متفاوت لایه‌ها، که تحت افزایش دمای یکنواخت هستند، معرفی شود. گشودگی‌های مورد نظر در این مطالعه، دایره، پنج ضلعی و شش ضلعی می‌باشد. روش حل به کار رفته در تحلیل این تحقیق، اجزای محدود مبتنی بر روش انرژی می‌باشد. همچنین تئوری به کار رفته در مطالعه حاضر، تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اوّل می‌باشد. نتایج ارائه شده در این باره نشان می‌دهد که با انتخاب شکل مناسب گشودگی و انتخاب بهینه پارامترهای مؤثر بر کمانش می‌توان مقاومت صفحه را در برابر کمانش حرارتی افزایش داد. همچنین مشخص شد که آرایش لایه‌ها و شرایط مرزی، تأثیر قابل توجهی بر دمای بحرانی کمانش یک صفحه کامپوزیت هیبریدی حاوی گشودگی دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimization of Influence Parameters on Thermal Buckling of Hybrid Composite Plates with Cutout Using Genetic Algorithm

نویسندگان [English]

  • sajad mahdavi
  • Alireza Shaterzadeh
  • mohammad jafari
Faculty of Mechanical Engineering, Shahrood University of Technology
چکیده [English]

Optimization in the design and maintenance of many engineering systems, economic and even social has been used to minimize the cost or maximize profits. In the buckling analysis, the hybrid composite plates with cutout, the effective parameters on buckling are the cutout geometry, fiber angle, cutout size to plate size ratio, bluntness of cutout corners, and rotation angle of cutout. Therefore, in this study, using genetic algorithm method an attempt has been made to introduce the optimum parameters to achieve the Maximum amount of critical buckling temperature of hybrid composite plate with polygonal cutouts in different boundary conditions and stacking sequences, which are subject to uniform temperature rise. The cutouts in this study are circular, pentagonal, and hexagonal. The solving method used to analyze this study is the finite element based on the energy method. Also, the theory used in this paper is the first-order shear deformation theory. The results presented in this case show that by choosing the appropriate shape of cutout and the optimal selection of parameters affecting buckling, the plate’s resistance to thermal buckling can be increased. It was also found that stacking sequences and boundary conditions have a significant effect on the critical buckling temperature of a hybrid composite plate with cutout.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thermal buckling
  • finite element method
  • optimization
  • genetic algorithm
  • composite plate
[1]  F. Bloom and D. Coffin, Handbook of Thin Plate Buckling and Postbukling, CRC Press, New York ,2000.
[2]  W. T. Koiter, Over de Stabiliteitvan het Elastisch Evenwicht, Ph.D. Thesis, Techische Hooge School at Delft, Amsterdam, 1945.
[3]  R. V. Kumar and G. K. Rao, Effect of Volume Fraction on the Thermal Buckling Analysis Of Laminated Composite Plate with Square/Rectangular Cutout, Materials Today: Proceedings, 5 (2) (2018) 5819- 5829.
[4] R. Shaterzadeh, S. Abolghasemi and R. Rezaei, Finite Element Analysis of Thermal Buckling of Rectangular Laminated Composite Plates with Circular Cut-Out, Journal of Thermal Stresses, 37 (5)
[5] (2014) 604-623.
[6]  S.  Abolghasemi,  A.  R.  Shaterzadeh  and  R. Rezaei, Thermo-Mechanical Buckling Analysis of Functionally Graded Plates with an Elliptic Cutout, Aerospace Science and Technology, 39 (2014) 250-259.
[7] P. Dhurvey, Buckling Analysis of Composite Laminated Skew Plate of Variable Thickness, Materials Today: Proceedings, 4 (9) (2017) 9732- 9736.
[8] R. V. Kumar and G. K. Rao, Thermal Buckling Analysis of Laminated Composite Plate with Square/ Rectangular, Elliptical/Circular Cutout, Materials Today: Proceedings, 5 (2) (2018) 5354-5363.
[9] A. Ghorbanpour Arani, Sh. Maghamikia, M. Mohammadimehr and A. Arefmanesh, Buckling Analysis of Laminated Composite Rectangular Plates Reinforced by SWCNTs Using Analytical and Finite Element Methods, Journal of Mechanical Science and Technology, 25 (3) (2011) 809-820.
[10] M. Aydogdu and T. Aksencer T., Buckling of CrossPly Composite Plates.
[11] With Linearly Varying In-Plane Loads, Composite Structures, 183 (2018) 221-231.
[12] A.R. De Faria and S.F.M. De Almeida, Buckling Optimization of Plates with Variable Thickness Subjected to Nonuniform Uncertain Loads, International Journal of Solids and Structures, 40 (15) (2003) 3955-3966.
[13] F. Aymerich and M. Serra, Optimization of Laminate Stacking Sequence for Maximum Buckling Load Using the Ant Colony Optimization (ACO) Metaheuristic, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 39 (2) (2008) 262-272.
[14] Z. Jing, X. Fan and Q. Sun, Stacking Sequence Optimization of Composite Laminates for Maximum Buckling Load Using Permutation Search Algorithm, Composite Structures, 121 (2015) 225-236.
[15] F. S. de Almeida, Stacking Sequence Optimization for Maximum Buckling Load of Composite Plates Using Harmony Search Algorithm, Composite Structures, 143 (2016) 287-299.
[16]  A. Ehsani and J. Rezaeepazhand, Stacking Sequence Optimization of Laminated Composite Grid Plates for Maximum Buckling Load Using Genetic Algorithm, International Journal of Mechanical Sciences, 119 (2016) 97-106.
[17]  A. R. Vosoughi, A. Darabi, N. Anjabin and U. Topal, A Mixed Finite Element and Improved Genetic Algorithm Method for Maximizing Buckling Load  of Stiffened Laminated Composite Plates, Aerospace Science and Technology, 70 (2017) 378-387.
[18]   O. S. Hussein and S. B. Mulani, Optimization of In-Plane Functionally Graded Panels for Buckling Strength: Unstiffened, Stiffened Panels, and Panels with Cutouts, Thin-Walled Structures, 122 (2018) 173-181.
[19]      S. A. Mahmodzade hoseyni and M. Jafari, Optimization of Influence Parameter on Isotropic Plates with Regular Polygonal Cutouts Using Particle Swarm Algorithm, Modares Mechanical Engineering, 15 (12) (2015) 243-253. (in Persian)
[20]    A. K. Kaw, Mechanics of Composite Materials, Second Edittion, CRC Press, USA, 2006.
[21]   D. L. Logan, A First Course in The Finite Element Method, Fifth Edittion, Cengage Learning, USA, 2012.
[22]  O.S. Sahin, Thermal Buckling of Hybrid Angle-Ply Laminated Composite Plates with a Hole, Composite Science and Technology, 65 (2005) 1780-1790.
[23]    H. Ounis and M. O. Belarbi, On the Thermal Buckling Behaviour of Laminated Composite Plates with Cutouts, Journal of Applied Engineering Science & Technology, 3 (2) (2017) 63-69.
[24]  K. R. Thangaratnam and J. Ramachandran, Thermal Buckling of Composite Laminated Plates, Computers & Structures, 32(5) (1989) 1117-1124.
[25]  M. K. Singha, L. S. Ramachandra and J. N. Bandyopadhyay, Thermal Postbuckling Analysis of Laminated Composite Plates, Composite Structures, 54 (4) (2001) 453-458.