بررسي تأثير زاويه‌ي بار در تعيين پارامترهاي بهينه‌ي مؤثر بر صفحه‌هاي ارتوتروپيك نامحدود حاوي گشودگي شبه مربعي

The Effect of Load Angle in Determination of Optimal Parameters for Orthotropic Plates with Quasi-Square Cutout

صفحه حاوي گشودگي در كاربردهاي صنعتي بسياري ديده مي‌شود. گشودگي به وجود آمده، منجر به تمركز تنش و در نهايت به شكست و خرابي صفحه مي گردد.از اين رو، دانستن مقدار تمركز تنش به دست آمده سبب طراحي مطمئن‌تري مي‌شود. در اين مقاله، به تحليل تنش صفحه‌اي ارتوتروپيك و همسانگرد نامحدود حاوي گشودگي شبه مربعي كه متاثر از زاويه بار است، پرداخته مي‌شود. نكته حائز اهميت اين تحليل به كارگيري از يك روش بهينه‌سازي به نام الگوريتم رقابت استعماري است كه به وسيله‌ي آن پارامترهاي بهينه كلي جهت دستيابي به كمترين مقدار تمركز تنش در اطراف اين گشودگي در صفحه‌هاي همسانگرد و ارتوتروپيك حاصل مي گردد، سپس اين الگوريتم با تقليد از روند تكامل اجتماعي، اقتصادي و سياسي كشورها و با مدل‌سازي رياضي بخش‌هايي از اين فرآيند، عملگرهايي را در قالب منظم به صورت الگوريتم ارائه مي‌دهد كه مي‌توانند به حل مسائل پيچيده بهينه سازي كمك كنند. نتايج تنش بهينه به دست آمده از الگوريتم رقابت استعماري حاكي از رقابتي بودن اين الگوريتم جهت اجتناب از قرار گرفتن در نقطه بهينه محلّي است. پايه‌هاي اصلي اين الگوريتم را سياست همسان‌سازي، رقابت استعماري و انقلاب تشكيل مي‌دهند. متغيّرهاي طراحي در اين پژوهش عبارتند از: زاويه‌ي الياف، زاويه‌ي بار، شعاع انحناي گوشه‌ي گشودگي، زاويه‌ي چرخش گشودگي و در نهايت جنس صفحه. نتايج حاصل شده از الگوريتم رقابت استعماري بيانگر مناسب بودن اين روش در بهينه‌سازي صفحات مي‌باشد. در اين تحقيق براي اثبات درستي نتايج، از حل عددي اجزاي محدود استفاده شده است. نتايج نشان مي‌دهند. با انتخاب مناسب پارامترهاي بهينه مي‌توان مقدار تنش اطراف گشودگي را به ميزان قابل توجهي كاهش داد.

In this study , to examine the effect of different parameters on stress analysis of infinite plates with central quasi-square cutout using imperialist competitive algorithm and also to introduce general optimum parameters in order to achieve the minimum amount of stress concentration around this type of cutout on orthotropic plates are purposed. Basis of the presented method is expansion of analytical method conducted by Lekhnitskii for circular and elliptical cutouts. Design variables in this study include fiber angle, load angle, curvature radius of the corner of the cutout, rotation angle of the cutout and at last material of the plate. Imperialist competitive algorithm is the mathematical model and the computer simulation of human social evolution. Finite element numerical solution is employed to examine the results of present analytical solution. Overlap of the results of the two methods confirms the validity of the presented solution. Results ae showed that by selecting the aforementioned parameters properly, less amounts of stress could be achieved around the cutout leading to an increase in load-bearing capacity of the structure.