طراحي بهينه‌ چند هدفه‌ ديسك دواربا ساختار هدفمندآلومينيوم-سيليكون‌كاربيدي باخواص وابسته به دمابراساس رفتار خزشي

Multi-objective optimum design of an FG Al-SiC rotating disc with temperature dependent properties based on creep behavior

دراين مقاله پس از بررسي رفتار خزشي ديسك دوار ساخته ‌شده از تركيب هدفمند دوماده‌آلومينيوم 6061 وسيليكون‌كاربيد،توزيع مواد و پروفيل ضخامت بهينه‌ آن تعيين شده است. باگسترش معادله‌انتقال حرارت،توزيع دمادرديسك به‌دست آمده سپس بادرنظرگرفتن توزيع دما، باگسترش معادله‌جابه‌جايي،رفتارترمومكانيكي ديسك درخزش بررسي شده است. درمعادلات فوق تمامي خواص فيزيكي تابع دماودرصدحجمي مواد فرض شده‌اند.خواص معادل بادومدل موري-تاناكاوهاشين-اشتريكمن به‌دست ‌آمده وبانتايج موجوددرادبيات فن مقايسه شده است. معادلات ترمومكانيكي با روش شبه‌تحليلي حل شده و براي اعتبارسنجي با پاسخ‌هاي تحليلي در حالتي خاص مقايسه شده‌اند. پس از آن، طراحي بهينه در بخش‌هاي تك‌ هدفه وچند‌هدفه و با استفاده از الگوريتم ژنتيكي انجام گرفته است. اهداف شامل افزايش ضريب اطمينان كمينه،كاهش وزن وكاهش بازه‌ي تغييرات ضريب اطمينان بيشينه وكمينه ومتغيرهاي طراحي نيز شامل درصد حجمي مواددرجدار داخلي وخارجي،توان الگوي توزيع موادوتوان پروفيل ضخامت هستند. نتايج نشان مي‌دهند كه دو روش حل تحليلي و شبه‌تحليلي مطابقت كاملي داشته و ديسك بهينه داراي غناي بيشتري از سيليكون در جدار خارجي بوده و پروفيل ضخامت آن نيز به‌صورت نزولي است. نتايج پژوهش تناقض اهداف بهينه‌سازي را نيز آشكار مي‌كنند و از اين ‌رو نتايج به‌صورت جبهه‌ پارتو ارايه شده‌اند.

In this paper the creep behavior of a functionally graded (FG) rotating disc made of Aluminum 6061 and Silicon Carbide is investigated and the optimum volume fraction of FG disc and its profile has been obtained. For this purpose, the temperature gradiant along the disc radius is obtained by solving the govering heat transfer differential equation. All the thermal properties of the material are assumed to be the function of temperature and volume fraction. To obtain material properties, two models of Mori-Tanaka and Hashin-Schtrickman are used. To validate the results, they are compared with those given in the literature. Two solution methods: semi-analytical and closed form are employed and the results are compared. The optimum design is carried out with one, and multi-objective methods which are based on genetic algorithm. The objectives are increasing the factor of safety, reducing the weight of the disc and reducing the range between minimum and maximum safety factors. The design variables are percentage of volume fraction, the power of material distribution formula, and the thickness of the disc. The results show that two solution methods compare well. Also, it has been shown that high fraction of Silicon Carbide in the outer side the disc provide optimum results. Also, contradiction of the objectives is reviled, hence the results are presented as Pareto front.