طراحي بهينه چند هدفي و تحليل فركانس طبيعي تيرهاي كامپوزيتي آلياژي حافظه دار با استفاده از الگوريتم ژنتيك

Multi-Objective Optimal Design and Natural Frequency Analysis of Shape Memory Alloy Composite Beams Using Genetic Algorithm

آلياژهاي حافظه دار نسل جديدي از مواد هوشمند هستند كه موضوع بسياري از پژوهش ها در سال هاي اخير بوده اند. در اين پژوهش از سيم هاي آلياژي حافظه دار براي بهبود رفتار ارتعاشي و ساختاري تيرهاي كامپوزيتي استفاده شده است. يك حل عددي براي محاسبه فركانس هاي طبيعي تير دوسرگيردار ارائه شد و نتايج به دست آمده در اين پژوهش با نتايج مراجع موجود صحه گذاري شد. دو هدف اساسي كه در اين پژوهش دنبال شد، نخست تحليل اثر پارامترهاي طراحي سيم هاي آلياژي حافظه دار تعبيه شده بر فركانس هاي طبيعي تيرهاي كامپوزيتي و دوم طراحي بهينه آلياژهاي حافظه دار براي بهبود رفتار ساختاري و ارتعاشاتي تير كامپوزيتي است. در مرحله نخست اثر پارامترهاي طراحي سيم هاي آلياژي حافظه دار شامل تعداد و قطر نسبي سيم ها بر فركانس هاي طبيعي و جرم كل سازه مورد بررسي قرار گرفت. در مرحله دوم، بيشينه سازي فركانس طبيعي نخست سازه و كمينه سازي وزن كلي سازه به عنوان توابع هدف فرآيند بهينه سازي چند هدفي در دستور كار قرار گرفت و با به كارگيري الگوريتم ژنتيك و روش بهينه سازي مجموع وزني انجام پذيرفت. نتايج به دست آمده از فرآيند بهينه سازي اين پژوهش كارآيي بالاي روش پيشنهادي را در بهبود رفتار ارتعاشي و ساختاري تير كامپوزيتي آلياژي حافظه دار مورد تاييد قرار داد.

Shape memory alloys (SMAs) are a new generation of smart materials which was the subject of researches in recent years. In this study, SMAs are employed to improve the vibrational and structural behavior of composite beams. A numerical solution was presented for natural frequency analysis of the clamped-clamped beam and the obtained results were validated with results of available references. Two main goals were followed in this study: first, analysis the influences of effective design parameters of embedded SMA wires on natural frequencies of composite beams and second, optimal design of SMAs to improve the vibrational and structural behavior of composite beam. In the first step, the effect of design parameters of shape memory alloy wires including the number and the diameter of wires on natural frequencies and total mass of structure was studied. In the second step, maximization of the first natural frequency of the structure and minimization of the total weight of the structure was the objective function of multi-objective optimization process which was performed by employing the genetic algorithm and weighted sum optimization approach. The obtained results of optimization processes confirmed the high efficiency of the proposed approach to improve the vibrational and structural properties of Shape memory alloys composite beam.