بررسي پارامترهاي بهينه موثر بر صفحه ارتوتروپيك حاوي گشودگي پنج ضلعي با استفاده از الگوريتم بهينه سازي رقابت استعماري

Determination of Optimal Parameters for Orthotropic Plates with Pentagonal Cutout by Imperialist Competitive Algorithm

در اين مقاله، مقادير بهينه­ ي پارامترهاي مؤثر بر توزيع تنش اطراف گشودگي پنج ضلعي واقع در صفحه ارتوتروپيك تحليل و بررسي مي‌شوند. براي تعيين پارامترهاي بهينه به‌منظور دست‌يابي به كمترين مقدار تنش در اطراف گشودگي از الگوريتم بهينه‌سازي رقابت استعماري استفاده شده است. الگوريتم رقابت استعماري روشي در حوزه محاسبات تكاملي است كه به يافتن پاسخ بهينه مسائل مي‌پردازد. 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 به‌صورت الگوريتم ارائه مي‌دهد كه مي‌توانند به حل مسائل پيچيده بهينه‌سازي كمك كنند. پايه‌هاي اصلي اين الگوريتم را سياست هم‌سان‌سازي، رقابت استعماري و انقلاب تشكيل مي‌دهند. در واقع اين الگوريتم جواب­هاي مسئله‌ي بهينه‌سازي را در قالب كشورها نگريسته و سعي مي‌كند در طي فرآيندي تكرار شونده اين جواب‌ها را رفته رفته بهبود داده و در نهايت به جواب بهينه مسئله برساند. روش استفاده شده در اين مقاله، بسط روش تحليلي است كه براي گشودگي دايروي و بيضوي توسط لخنيتسكي انجام شده است. متغيّرهاي طراحي در اين پژوهش شامل زاويه الياف، زاويه­ ي بار، شعاع انحناي گوشه گشودگي، زاويه چرخش گشودگي و در نهايت جنس صفحه مي‌باشد. نتايج حاصل شده از الگوريتم بهينه‌سازي رقابت استعماري بيانگر مناسب بودن اين روش در بهينه‌سازي صفحات ارتوتروپيك مي‌باشد. 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 به‌ميزان قابل توجهي كاهش داد.

One of the designers concerns is structural failure as a result of stress concentration in the geometrical discontinuities. Understanding the effective parameters on stress concentration and proper selection of these parameters enables the designer to achieve a reliable design. In the analysis of perforated orthotropic plate, the effective parameters on stress distribution around cutouts 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. This paper tries to examine effective parameters on stress analysis of infinite orthotropic plate with central pentagonal cutout with imperialist competitive algorithm (ICA) introduced the optimum parameters to achieve the least amount of stress around the cutout. Like other evolutionary algorithms, ICA is becoming an important tool for optimization and other complex problem solving. The results reported in this review provide evidence of performance achievement of the ICA in terms of both computing time and quality of solution. In this paper, an analytical method has been used to Lekhnitskii theory for circular and elliptical cutouts. 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 show 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.