مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی بهینه‌ی چندهدفه‌ی دیسک دوار با ساختار هدفمند آلومینیوم- سیلیکون‌کاربیدی با خواص وابسته به دما بر اساس رفتار خزشی

نویسندگان
1 هیئت علمی، دانشگاه تبریز
2 دانشجو، دانشگاه تبریز
چکیده
در این مقاله پس از بررسی رفتار خزشی دیسک دوار ساخته‌شده از ترکیب هدفمند دو ماده‌ی آلومینیوم 6061 و سیلیکون‌کاربید، توزیع مواد و پروفیل ضخامت بهینه‌ی آن تعیین شده است .با گسترش معادله‌ی انتقال حرارت، توزیع دما در دیسک به‌دست آمده سپس با درنظر گرفتن توزیع دما، با گسترش معادله‌ی جابه‌جایی، رفتار ترمومکانیکی دیسک در خزش بررسی شده است. در معادلات فوق تمامی خواص فیزیکی تابع دما و درصد حجمی مواد فرض شده‌اند. خواص معادل با دو مدل موری- تاناکا و هاشین- شتریکمن به‌دست‌آمده و با نتایج موجود در ادبیات فن مقایسه شده است. معادلات ترمومکانیکی با روش شبه‌تحلیلی حل شده و برای اعتبارسنجی با پاسخ‌های تحلیلی در حالتی خاص مقایسه شده‌اند. پس از آن، طراحی بهینه در بخش‌های تک‌هدفه و چند‌هدفه و با استفاده از الگوریتم ژنتیکی انجام گرفته است. اهداف شامل افزایش ضریب اطمینان کمینه، کاهش وزن و کاهش بازه‌ی تغییرات ضریب اطمینان بیشینه و کمینه و متغیرهای طراحی نیز شامل درصدحجمی مواد در جدار داخلی و خارجی، توان الگوی توزیع مواد و توان پروفیل ضخامت می‌باشند. نتایج نشان می‌دهند که دو روش حل تحلیلی و شبه‌تحلیلی مطابقت کاملی داشه و دیسک بهینه دارای غنای بیشتری از سیلیکون در جدار خارجی بوده و پروفیل ضخامت آن نیز به‌صورت نزولی است. نتایج پژوهش، تناقض اهداف بهینه‌سازی را نیز آشکار می‌کنند و ازاین‌رو نتایج به‌صورت جبهه‌ی پارتو ارائه شده‌اند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Multi-objective optimum design of an FG Al-SiC rotating disc with temperature dependent properties based on creep behavior

نویسندگان English

Farid Vakil-Tahami 1
Mohammad Zehsaz 1
Arash Mohammad Alizadeh Fard 2
1 Associate professor, University of Tabriz
2 Student, University of Tabriz
چکیده English

In this paper the creep behavior of a functionally graded (FG) rotating disc made of Aluminum 6061 and Silicon Carbide is investigated and the optimum volume fraction of FG disc and its profile has been obtained. For this purpose, the temperature gradiant along the disc radius is obtained by solving the govering heat transfer differential equation. All the thermal properties of the material are assumed to be the function of temperature and volume fraction. To obtain material properties, two models of Mori-Tanaka and Hashin-Schtrickman are used. To validate the results, they are compared with those given in the literature. Two solution methods: semi-analytical and closed form are employed and the results are compared. The optimum design is carried out with one, and multi-objective methods which are based on genetic algorithm. The objectives are increasing the factor of safety, reducing the weight of the disc and reducing the range between minimum and maximum safety factors. The design variables are percentage of volume fraction, the power of material distribution formula, and the thickness of the disc. The results show that two solution methods compare well. Also, it has been shown that high fraction of Silicon Carbide in the outer side the disc provide optimum results. Also, contradiction of the objectives is reviled, hence the results are presented as Pareto front.

کلیدواژه‌ها English

Rotating Disc
Functionally Graded Materials
creep
Multi-objective genetic algorithm
Pareto front