ﺑﻬﻴﻨﻪ ﺳﺎﺯي ﭘﻮﺳﺘﻪ ﻫﺪﻓﻤﻨﺪ ﺗﺤﺖ ﺑﺎﺭﻫﺎي ﻫﻴﺪﺭﻭﻣﮑﺎﻧﻴﮑﯽ ﻭ ﺑﺎﺭ ﻣﺘﺤﺮك ﺷﻌﺎﻋﯽ ﺑﺮﺍﺳﺎﺱ ﺍﻟﮕﻮﺭﯾﺘﻢ ﺭﻗﺎﺑﺖ ﺍﺳﺘﻌﻤﺎﺭي

Optimization of an FG cylindrical shell under hydro-mechanic and moving radial load employing imperialist competitive algorithm

هدف اصلي اين پژوهش استفاده از الگوريتم رقابت استعماري براي تعيين حالت بهينه پوسته استوانه‌اي هدفمند داراي لايه پيزوالكتريك مي‌باشد. پارامترهاي طراحي اين بهينه‌سازي شامل ضخامت و درصد حجمي مواد درنظر گرفته شده‌اند. پوسته مورد بحث دربردارنده سيال داخلي بوده و در عين حال تحت بار متحرك شعاعي خارجي قرار دارد. به‌منظور فرمول‌بندي مسئله، معادلات حاصل از تئوري مرتبه اول برشي و ماكسول تركيب شده تا روابط حاكم استخراج و با حل آن‌ها با استفاده از روش تحليلي-عددي مقادير جابه‌جايي‌هاي ديناميكي تعيين شوند. در ادامه با استفاده از روابط كرنش-جابه‌جايي و تنش-كرنش، توزيع تنش ديناميكي در پوسته به‌دست آمده است. تحليل ديناميكي به‌علت وجود بار متحرك ضروري است چراكه پاسخ ديناميكي و ناپايا در مقايسه با مقادير استاتيك قابل توجه‌اند. به‌منظور اعتبارسنجي تحليل ديناميكي، از نتايج تجربي و تحليلي موجود در ادبيات فن استفاده شده است. يك برنامه‌ي كامپيوتري تدوين شده است كه روش تحليل ديناميكي را با الگوريتم بهينه‌سازي رقابت استعماري مرتبط ساخته تا مقادير بهينه‌ي طراحي را ارائه كند. مزيت عمده‌ي روش پيشنهادي، استفاده از نقاط كنترلي در راستاي ضخامت پوسته به‌جاي توابع پيش‌فرض براي درصد حجمي مواد كه محدوديت‌هايي را از نظر بهينه‌سازي اعمال مي‌كنند مي‌باشد. در بين اين نقاط، درصد حجمي مواد با استفاده از روش ميان‌يابي با توابع هرميت پيش‌بيني شده است. بهينه‌سازي با استفاده از الگوريتم رقابت استعماري انجام گرفته است. نتايج بهينه‌سازي كارايي روش پيشنهادي را نشان مي‌دهد و مزيت اين روش انعطاف‌پذيري و همگرايي آسان‌تر آن در تعيين ساختار بهينه است.

The main objective of this research is to employ Imperialist Competitive Algorithm (ICA) to determine the optimum condition for an FG cylindrical shell with outer piezoelectric layer. Design parameter in this problem is volume fraction of the material. The shell is subjected to outer radial moving load and internal pressurized fluid. To formulate the problem, First Order Shear Deformation theory and Maxwell’s equation have been combined to develop governing equations and by solving these equations using analytical-numerical methods, the dynamic deformation has been obtained. Then, by adopting displacement-strain and stress-strain relationships, distribution of the dynamic stresses within the shell has been calculated. Due to the moving of the external load, the use of dynamic analysis is necessary so that the dynamic and transient response is significant compared with the static one. To validate the dynamic analysis the results are compared with those provided in the literature based on other solution methods or experimental measurements. Finally, a computer code has been developed to link the dynamic solution method with the optimization algorithm based on ICA to obtain the optimum values of the design parameters. The major advantage of this method is the use of control points along the thickness to define volume fraction rather than using predefined functions which usually impose unnecessary restrictions. The volume fraction between these control points is obtained by Hermite interpolation method. The results show the efficiency of the method and its major strength which is the flexibility and higher convergence rate to determine the optimum configuration.