پایان نامه ارشد : بررسی پدیده فلاتر پانل تقویت شده با ریب و استرینگر و بهینه سازی با الگوریتم ژنتیک

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته  مهندسی هوا فضا

گرایش : سازه های هوایی

عنوان : بررسی پدیده فلاتر پانل تقویت شده  با  ریب و استرینگر و بهینه سازی با الگوریتم ژنتیک

دانشکده  مهندسی هواوفضا

پایان نامه کارشناسی ارشد

بررسی پدیده فلاتر پانل تقویت شده  با  ریب و استرینگر و بهینه سازی با الگوریتم ژنتیک

  اساتید راهنما:

دکتر سعید ایرانی

دکتر مرتضی باقری

گرایش:

سازه های هوایی

شهریورماه 1390

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)با توجه به اهمیت پدیده آیروالاستیسیته و ناپایداری های ناشی از آن از ابتدای پرواز تا کنون ، مطالعات گسترده ای برای بررسی عملکرد آیروالاستیسیته سازه های هوایی مخصوصاً در زمینه های ناپایداری دینامیکی انجام پذیرفته است.هدف از ارائه کار حاضر بررسی مرز ناپایداری فلاتر پانل مربعی شکلی است که در جریان مافوق صوت ودر سرعتی بیش از 1.6 برابر سرعت صوت قرار می گیرد.شرایط مرزی که برای این پانل در نظر گرفته شده است دوسر آزاد  و دو سر تکیه گاه ساده می باشد. برای شبیه سازی جریان آیرودینامیکی از تئوری شبه پایا پیستون مرتبه اول که در سرعت ماخ 1.6 به بعد دارای جواب های قابل قبولی است استفاده می شود.در ابتدای این پژوهش پس از ارائه مقدمه و تاریخچه ای درباره فلاتر؛ توضیحاتی در رابطه با علم آیروالاستیسیته و مفاهیم مربوط به آن آورده شده است .سپس در فصل بعد توضیحاتی درباره الگوریتم ژنتیک و کارکرد آن و نحوه بهینه سازی توسط این نرم افزار آمده است. در قسمت بعد که می توان از آن به مهمترین بخش این پژوهش اشاره کرد در ابتدا توضیحاتی در باب تئوری پیستون مرتبه اول آمده و سپس معادله حرکتی پانل کلاسیک ، همراه با معادله استرینگر وریب ؛که توسط تیر برنولی مدل شده و نحوه تداخل و اثرپذیری آنها بر یکدیگر بیان می شود و در نهایت منجر به معادله حرکت پانل تقویت شده در جریان مافوق صوت می گردد . برای حل این معادله نیز از روش مودهای فرضی استفاده شده است . این کار ابتدا برای یک پانل تقویت نشده مورد بررسی قرار گرفته؛ سرعت و فرکانس ناپایداری این پانل را محاسبه نموده ونتایج بدست آمده با دیگر منابع مقایسه گردیده است  که نتایج حاصل از مطلوبیت خوبی برخودار است و سپس برای ادامه کار ، با قرار دادن ریب و استرینگر پانل را تقویت کرده و مجدداً آنرا در جریان مافوق صوت قرار داده و سرعت ناپایداری دینامیکی فلاتر را بدست می آوریم.پس از آن ؛ تأثیر پارامترهای مختلف طراحی از قبیل ابعاد پانل ، ابعاد ریب و استرینگر و... بر سرعت فلاتر ارزیابی می شود . و در نهایت به کمک الگوریتم ژنتیک و با نوشتن تابع قید وهمچنین تابع هدفی که میل درجهت افزایش سرعت ناپایداری و کاهش وزن دارد، برای مقادیر مختلف تابع وزنی کار بهینه سازی را انجام  داده و بهترین پارامترهای طراحی را برای این منظور بدست می آوریم ودر پایان به ارائه نتایج و پیشنهادات می پردازیم. کلمات کلیدی: آیروالاستیسیته-فلاتر پانل – پانل تقویت شده – الگوریتم ژنتیک – ناپایداری دینامیکی-مود فرضیفهرست مطالبفصل اول: مقدمه و تاریخچه.. 11-1-  مقدمه.. 11-2- تاریخچه فلاتر و مروری برکارهای پیشین.. 4فصل دوم: آیروالاستیسیته و مفاهیم آن.. 132-1- آیروالاستیسیته.. 132-2- پدیده‌های آیروالاستیک.. 142-2-1-  پدیده های استاتیکی.. 152-2-1-1-  واگرایی.. 152-2-1-2-  اثرپذیری و معکوس پذیری سیستم کنترل سطوح.. 172-2-2- پدیده های دینامیکی.. 182-2-2-1- بافتینگ.. 182-2-2-2- پاسخ دینامیکی.. 192-2-2-3- فلاتر.. 212-2-2-3-1- فلاترکلاسیک(خطی):.. 212-2-2-3-2- فلاتر غیرکلاسیک(غیرخطی):.. 222-3- انواع فلاتر.. 23فصل سوم: الگوریتم ژنتیک.. 303-الگوریتم ژنتیک.. 303-1- مقدمه:.. 303-2- بهینه محلی و بهینه کلی: 333-3- بهینه سازی:.. 333-3-1- تعیین متغیرهای بهینه سازی.. 353-3-2- تشکیل تابع هدف.. 353-3-3- قیود مسأله.. 363-3-4- تعیین روش بهینه سازی.. 363-4- الگوریتم ژنتیک چگونه عمل میکند؟.. 373-5- روشهای انتخاب.. 393-5-1- انتخاب بهترین پارامتر(نخبه سالاری) :. 393-5-2- انتخاب چرخ گردون.. 393-5-3- انتخاب مقیاس.. 393-5-4- انتخاب رقابتی.. 393-6- مزایای استفاده از الگوریتم ژنتیک.. 39فصل چهارم: فلاترپانل مستطیلی.. 414-1- تئوری پیستون:.. 414-2- طرح مسأله:.. 444-3- تیرهای تقویت کننده :.. 484-4- پانل تقویت شده:.. 514-5- محاسبه سرعت فلاتر :.. 534-6- ناپایداری پانل تقویت شده با ریب و استرینگر:.. 594-7- تأثیر دیگر پارامترها بر سرعت فلاتر:.. 624-7-1- اثر تعداد ریب و استرینگر:.. 624-7-1-1- تعداد استرینگر.. 624-7-1-2- تعداد ریب.. 634-7-2- اثر ضخامت پانل ، ریب و استرینگر:.. 634-7-2-1-  ضخامت پانل.. 634-7-2-2- ضخامت ریب.. 644-7-2-3- ضخامت استرینگر.. 654-7-3- اثر ارتفاع ریب و استرینگر :.. 654-7-3-1- ارتفاع ریب.. 654-7-3-2- ارتفاع استرینگر.. 66فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات.. 715-1- نتیجه گیری:.. 715-2- پیشنهادات :.. 72منابع و مراجع.. 73 فهرست شکل هافصل اولشکل(1- 1) مود طبیعی و مود فلاتر برای یک پانل مربعی[].. 1شکل(1- 2): شمائی از پدیده فلاتر پانل[3].. 2فصل دومشکل(2- 1): مسایل مطرح شده در آیروالاستیسیته.. 13شکل(2- 2) : تقسیم بندی پدیده های آیروالاستیکی.. 14شکل(2- 3 ): ممان پیچشی وگشتاور پیچشی ناشی از بارهای آیرودینامیکی.. 16شکل(2- 4): توزیع نیروی لیفت ایجاد شده روی بالی با طولL. 16شکل(2- 5): تاثیر سرعت بر عملکرد ایلرون[27].. 17شکل(2- 6):شتاب ایجاد شده در نوک بال و بدنه در هنگام عبور از یک تندباد   20شکل(2- 7): حرکت خمشی و چرخشی برای یک ایرفویل در حال فلاتر.. 23شکل(2- 8): شکست پل تاکوما در سال 1940. 24شکل(2- 9):قسمت های ایرفویل مانند روی یک هواپیمای مدل.. 25شکل(2- 10):حرکت گردابی سیلندر در جریان هوا.. 26شکل(2- 11): فلاتر چرخشی موتور.. 26شکل(2- 12): فلاتر ایرفویل مدل و مودهای آن.. 27شکل(2- 13): فلاتر بال/شهپر مدل و مودهای آن.. 28شکل(2- 14): منحنی فرکانس- سرعت و دمپینگ – سرعت درشرایط فلاتر.. 28شکل(2- 15): تأثیرتقویت کننده ها بر فلاتر.. 29فصل سومشکل(3- 1): نمایی از نقطه بهینه محلی و بهینه کلی.. 32شکل(3- 2): نمودار شماتیک سه نوع فرزند نخبه؛ تقاطع و جهش.. 38فصل چهارمشکل(4- 1): مشخصات پانل تحت فشار ناشی از تئوری پیستون[32].. 41شکل(4- 2): جریان هوا بر روی پانل سه بعدی[32].. 43شکل(4- 3): پانل تخت با تقویت کننده های متعامد.. 44شکل(4- 4): نمودار میرایی پانل تقویت نشده به روش مود فرضی.. 55شکل(4- 5): نمودار فرکانس پانل تقویت نشده به روش مود فرضی.. 55شکل(4- 6): نمودار فرکانس برحسب ماخ برای پانل تقویت نشده.. 56شکل(4- 7): نمودار فرکانس و میرایی پانل به روش اجزاء محدود.. 57شکل(4- 8): نمودار فرکانس و میرایی پانل با نرم افزار نسترن.. 58شکل(4- 9): سطح مقطع ریب و استرینگر.. 59شکل(4- 10):  نمایی از پانل تقویت شده با یک ریب و یک استرینگر.. 60شکل(4- 11): نمودار میرایی پانل تقویت شده با یک ریب و یک استرینگر.. 60شکل(4- 12): نمودار فرکانس پانل تقویت شده با یک ریب ویک استرینگر.. 61شکل(4- 13): نمودار میرایی و فرکانس با استفاده از نرم افزار برای یک ریب و یک استرینگر.. 62شکل(4- 14): نمودار همگرایی تابع هدف به سمت نقطه بهینه وبهترین مقادیر متغیرها   68  فهرست جداولجدول(4- 1): ضرایب تابع تیر برای شرایط مرزی مختلف.. 46جدول(4- 2): خواص فیزیکی پانل و سیال مورد بررسی.. 54جدول(4- 3): مقایسه نتایج روش حاضر با روش اجزاء محدود و نرم افزار نسترن   56جدول(4- 4): مقایسه نتایج روش حاضر با نرم افزار نسترن برای پانل تقویت شده   61جدول(4- 5): اثر تعداد ریب و استرینگر بر سرعت و فرکانس فلاتر.. 63جدول(4- 6): تأثیر ضخامت پانل بر سرعت و فرکانس پانل تقویت نشده.. 64جدول(4- 7): تأثیر ضخامت پانل بر سرعت و فرکانس پانل تقویت شده با یک ریب و یک استرینگر.. 64جدول(4- 8): تأثیر ضخامت ریب بر سرعت و فرکانس پانل تقویت شده با یک ریب و یک استرینگر   65جدول(4- 9): تأثیر ضخامت استرینگر بر سرعت و فرکانس پانل تقویت شده با یک ریب و یک استرینگر.. 65جدول(4- 10): تأثیر ارتفاع ریب بر سرعت و فرکانس پانل تقویت شده با یک ریب ویک استرینگر.. 66جدول(4- 11): تأثیر ارتفاع استرینگر بر سرعت و فرکانس پانل تقویت شده با یک ریب و یک استرینگر.. 66جدول(4- 21): مقادیر بهینه شده برای متغیرهای طراحی و تابع هدف.. 68جدول(4- 31): مقادیر بهینه شده برای ضرایب وزنی مختلف.. 69جدول(4- 41): مقادیر قیود مسأله بر اساس مقادیر مختلف بهینه شده در جدول قبل   70-1- مقدمهفلاتر پانل؛ ناپایداری دینامیکی و خود تحریک یک صفحه نازک یا متعلقات سازه ای ورق مانند یک وسیله پرنده میباشد.و یک پدیده آیروالاستیکی سوپرسونیک/هایپرسونیک است که اغلب در سرعتهای بالای هواپیما یا موشک ها اتفاق میافتد.پدیده ای است که معمولا با افزایش دمای سطوح خارجی وسایل پرنده ای که در سرعت های بالا پرواز میکنند همراه است.بخاطر نیروهای فشاری آیرودینامیکی روی پانل ، دو مود ویژه سازه با یکدیگر ترکیب میشوند ومنجر به این ناپایداری دینامیکی میگردند.شکل خرابی این پدیده خستگی[1] است که ناشی از نوسانات با دامنه محدود[2] میباشد. فلاتر سوپرسونیک پانل ها و ورقها باعث شد تا یک دیدگاه بسیارمهم برای طراحی این وسایل لحاظ گردد وتحقیقات تجربی و تحلیلی بسیار زیادی در این مورد انجام پذیرد.برای افزایش فشار دینامیکی بحرانی یا حذف نوسانات با دامنه محدود طرح های مهمی ارایه گردید.چاره معمول و متداول برای این مشکل،تقویت کردن پانل هایی است که در معرض خطر فلاتر قرار دارند که این خود باعث بوجود آمدن وزن اضافی در طراحی است.[[i]]فلاتر پانل به عنوان نوسانات خودتحریک پوسته خارجی یک وسیله پرنده هنگامیکه در معرض جریان هوا قرار میگیرد، تعریف میشود.از سال 1950 مساله پانل فلاتر مورد توجه وتحقیق قرار گرفت اما زیاد جالب توجه نمی نمودتا زمانیکه هواپیماهای ترابری با سرعت بالا و جنگنده های تاکتیکی، مخصوصاً جنگنده اف-22 شروع به کار کردند.در سرعت های بالای وسیله پرنده ، پوسته خارجی ممکن است تحت ارتعاش خودتحریک ناشی از بارگذاری آیرودینامیکی قرار گیرد که این پدیده را فلاترپانل می نامند.فلاتر پانل بطور معمول بادامنه ارتعاش بالا در4/3 طول پانل اتفاق می افتد. این پدیده باعثمی شود که پانل های پوسته وسیله پرنده بطور جانبی وبا دامنه زیاد شروع به ارتعاش کند و باعث تنش های صفحه ای نوسانی گردد؛ که در واقع این تنش ها سبب پدیده خستگی در پانل می شوند.[[ii]][1]- Fatigue[2]- Limit Cycle Oscillation][i][- Adaptive composites modelling and application in panel flutter and noise suppression.A. Suleman][ii][- Suppression of Post-Buckling Deflection And Panel FlutterDuring Shape Memory Alloy:Mohammad Tawfik Abo El So-oud,B.S. June 1993, Cairo Universityبرای تخمین فشار دینامیکی فلاتر از آنالیز خطی سازه استفاده می شود، اما هنگامیکه ارتعاشات قبل از فلاتر با دامنه زیاد شروع می شود استفاده از تکنیک های مدل غیر خطی الزامی است .اگر چه آنالیز خطی، رشد نمایی دامنه ارتعاش را با افزایش فشار دینامیکی در شرایط قبل از فلاتر تخمین می زند. با این وجود ،تحت آن شرایط ارزش چندانی ندارد و ارتعاش پانل از تنش های صفحه ای مانند تنش های خمشی که منجر به نوسان با چرخه محدود می شود تأثیر می گیرد. بنابراین خرابی پانل در فشار دینامیکی قبل از فلاتر اتفاق نمی افتد، اما وقتی که این پدیده تکرار شود عمر خستگی پانل کاهش می بابد.روش های مختلفی برای تخمین وضعیت انتقالی فلاتر پانل که طبیعتاًیک پدیده غیرخطی است استفاده شده است؛ روش های انتقالی مودال با انتگرال گیری مستقیم عددی،تعادل هارمونیک،روش اغتشاشات و روش المان محدود غیرخطی ازجمله روش هایی است که برای این منظور استفاده گردیده است.بارگذاری آیرودینامیکی روی پانل همچنین با استفاده از روش های مختلفی انجام پذیرفته است؛جریان پتانسیل ناپایدار سوپرسونیک، جریان پتانسیل خطی شده وتئوری پیستون شبه پایدار[1].که تئوری پیستون مرتبه اول نسبت به سایر موارد بیشتر مورد استفاده قرار گرفته و بوسیله اشلی[2] و  زارتاریان[3] معرفی شده است که در عددهای ماخ بالا(M>1.6) دقت قابل قبولی دارد.[[i]]در شرایط پروازی فلاتر پانل( معمولاً شرایط پرواز سوپرسونیک)، این پدیده با افزایش درجه حرارت همراه است که ناشی از گرمای اصطکاک لایه های مرزی و حضور موج های ضربه ای[4] می باشد، که باعث پیچیدگی مسأله و کاهش سختی پانل و معرفی بارگذاری حرارتی است و همچنین ممکن است که با تغییر شکل های کمانشی همراه باشد.  1-2-تاریخچه فلاترو مروری بر کارهای پیشینهواپیماهای ابتدایی قادر بودند با سرعت زیادی پرواز کنند و شاید فلاتر عامل مهمی در بسیاری سوانح هوایی در آن زمان بود. پدیده فلاتر برای اولین بار در سال 1916 میلادی روی یک هواپیمای بمب افکن در لانچستر انگلیس نمایان شد که مکانیزم فلاتر شامل کوپلی از مودهای پیچشی بدنه و مود چرخشی و نا متقارن الویتور[5] بود. الویتور ها در این هواپیما بطور مستقل از هم عمل می کردند که برای حل این مشکل الویتورها به یکدیگر متصل شدند وبه طور همزمان وبا یکدیگر کار می کردند[[ii]] .فلاتر سطوح کنترل در طول جنگ جهانی اول نمود پیدا کرد؛ فلاتر ایلرون به طور گسترده ای در این زمان شیوع پیدا کرد[[iii]] . فان بومهور[6] و کونینگ[7] پیشنهاد استفاده از یک وزنه تعادلی ، حول لولاهای سطوح کنترل را به عنوان وسیله ای جهت جلوگیری از فلاتر دادند. اگر چه بعد از آن چند نمونه فلاتر کم خطر سطوح کنترل بوجود آمد .[1]-  Quasi_Steady[2]- Ashly[3]- Zartarian[4]- shock wave[5]-Elevator[6] -Von Baumhauer[7] -Koning][i][-Ashley, H., and Zartarian, G., “Piston Theory – A New Aerodynamic Tool for theAeroelastician,” Journal of Aeronautical Sciences, Vol. 23, No. 12, 1956, pp. 1109-1118.][ii][ - lancaster, ew., "torsional vibrations of the tail of anaeroplane," reports and memoranda,
  1. 276, july 1916, in "aiaa selected reprint series, volume v, aerodynamic flutter," i. e.
garrick, ed., march 1969, pp. 12-15.][iii][ - collar, a.r., "the first fifty years of aeroelasticity;'aerospace, voi. 5, no. 2, (royalaeronautical society),february 1978, pp. 12-20.تعداد صفحه : 104قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید