طراحي بهينه هندسه و تحليل المان‌محدود تنش در اتصال جوشي رينگ تقويتي داخلي بهمخزن استوانه‌اي از جنس آلومينيوم پر استحكام

Optimal design of geometry and finite elementanalysis of stress in weldedjointofinternal stiffener ring and cylindermade of high strength aluminiumalloy

طراحي سازه‌هاي هوايي نيازمند وزن كمينه و در نتيجه طراحي بهينه است. مخازن جدار نازك استوانه‌اي يكي از پركاربردترين اين سازه‌ها مي‌باشندكه بهترين راه براي كاهش وزن اين مخازن استفاده از رينگ‌هاي تقويتي است. در اين پژوهش ابتدا بهينه‌سازي ابعاد رينگ تقويتي داخلي مخزن آلومينيومي تحت فشار، باهدف كمينه كردن وزن سازه به روش الگوريتم ژنتيك متصل به شبكه عصبي مورد مطالعه قرارگرفته است. در زمينه ايجاد اتصال بين تقويت‌كننده‌ها و مخزن، جوشكاري يكي از انعطاف‌پذيرترين روش‌ها است. اما اين روش داراي اثراتي همچون تنش‌هاي پسماند و اعوجاج بوده كه مي‌توانند باعث نقص در سازه ‌شوند. به همين منظور در قسمت دوم به‌منظور بررسي اين اثرات از تحليل المان‌محدود استفاده‌شده است. نتايج تحليل نشان داد كه رينگ تقويتي T شكل داراي بهترين جواب بوده كه ابعاد بهينه آن تعيين و گزارش شده است. همچنين مشخص گرديد كه بزرگي تنش‌هاي پسماند در حد نصف تنش تسليم فلز پايه بوده و در منطقه جوش، تنش پسماند محيطي كششي و تنش پسماند محوري در داخل مخزن كششي و در سطح خارجي فشاري مي‌باشد. اثر خال‌جوش‌ها روي توزيع تنش به صورت قله‌هاي تنش نمايان شدند و اثر آن‌ها روي رينگ تقويتي و روي توزيع تنش محيطي بيشتر بود.

Design of aerospace structures requires minimum weight and optimal design. Thin-wall pressure vessels are widely used in aerospace industries. The best method for the weight reduction of these structures is using stiffener rings. In present work, optimization of the internal stiffener ring dimensions used in the pressure vessel made of High Strength aluminium alloy has been studied by genetic algorithm and neural network, initially. The goal of the optimization is to minimize the structure weight. Welding is one of the most flexible methods for joining the stiffener and the vessel. However, This method producesthe defects such as the residual stress and distortion and causesimperfection in the structure. the effects of these defects are studied by the finite element method. The analysis results showthat T-shape stiffener ring is the optimal. The dimensions of this ring is determined and presented. Also, it indicates that the magnituade of the residual stress is half of the yield strength of base material. In the weld zone, hoop residual stresses are tensile while the tensile and compressive axial residual stresses occureon the inner and outer surface, respectively. The effect of tack welds appearson the stress distributionas stress peaks and are more severe on stiffener ring.