عنوان
تدوين و پياده سازي روش طراحي براي ساخت افزودني با هدف بهينه سازي توپولوژي و بهبود شاخص هاي انتخابي
نويسنده اصلي
رسولي گندماني، پارميدا
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
ساخت افزودني داراي توانمندي‌هاي فراواني نسبت به ساير روش‌هاي توليد است به شرط آن‌كه بتوان از ويژگي‌هاي منحصربفرد اين حوزه بهره برد. از جمله مباحث مهم در اين موضوع بخش طراحي است. طراحي براي ساخت افزودني (DfAM) به اين معنا است كه چگونه يك قطعه (باز) طراحي گردد تا بتوان مزايا و محدوديت‌هاي روش‌هاي ساخت افزودني را در آن اعمال نمود. به دليل آزادي بيشتري كه اين روش توليد در طراحي قطعه دارد، عملا امكان ساخت هندسه‌هاي پيچيده و نا‌منظم فراهم شده است.
بهينهسازي توپولوژي يك روش پيشرفته طراحي سازه است كه مي‌تواند پيكربندي سازه بهينه را از طريق توزيع معقول ماده با شرايط بار و قيدهاي مشخص شده به‌دست آورد. بهينهسازي توپولوژي به عنوان يك روش طراحي سازه با راندمان بالا به منظور سبكسازي وزن و همچنين ايجاد سازه‌هاي چند منظوره توسعه يافته است و به طور گسترده درصنايعي همچون هوافضا، خودرو، معماري و پزشكي استفاده مي‌شود. عموم قطعات به‌دست آمده از اين روش داراي پيچيدگي‌هاي هندسي فراواني هستند و تنها با روش‌هاي ساخت افزودني قابل توليد هستند. در اين پاياننامه هدف مطالعه، بررسي و مقايسه روش‌هاي در دسترس و كاراتر بهينهسازي توپولوژي براي استفاده در قطعات صنعتي و دريافت محدوديت و مزاياي هر روش و مقايسه پارامترهاي موثر در يك روش بهينه سازي توپولوژي است. در قدم اول نمونه‌اي بالك تحت فشار توسط چهار رويكرد بهينه سازي توپولوژي به روش جريمه‌سازي ماده همسانگرد جامد (سيمپ)، تكاملي دوسويه (بسو)، تعيين تراز و كنترلي سبك سازي مي¬گردد. در بخش شبيه‌سازي، پارامترهايي همچون بيشينه تنش و جابه‌جايي، تنش تسليم، وزن نهايي، نسبت تنش تسليم به وزن، دقت همگرايي و هزينه زماني بهينه سازي هر روش ارزيابي مي¬گردد. سپس از هر روش نمونه‌اي به كمك دستگاه FDM با ماده PLA پرينت مي‌شود و تحت آزمون تجربي فشار قرار مي‌گيرد و در نهايت نتايج بدست آمده در بخش تجربي با بخش شبيه سازي مقايسه مي‌شود. نتايج نشان‌دهنده اين موضوع بود كه روش بسو بيشينه تنش و جابه‌جايي را تحمل مي‌كند و كمترين خطاي حجم را با توجه به قيد منظور شده دارد. تمامي روش‌ها در نمونه ساخته شده به وزن نهايي حدودي 5/3 تا 4 گرم دست يافتند كه حدودا با مقدار پيش‌بيني شده 20 درصد خطا داشت.
در بخش بعد، به سه روش رايج‌تر و كاراتر در بهينه سازي توپولوژي قطعات صنعتي، گيره در دستگاهي صنعتي تا حدود 60 درصد سبكسازي و مواردي همچون بيشينه تنش و جابه‌جايي ايجاد شده، وزن كاهش¬يافته و هزينه محاسباتي هر روش مطالعه مي‌شود. در نهايت ثابت مي‌گردد كه با توجه به پارامترهاي مورد مطالعه، روش بسو براي هندسه‌هاي ساده و روش تعيين تراز براي هندسه‌هاي پيچيده‌تر، به مقادير استحكام به وزن بالاتري دست مي‌يابد. براي هندسه پيچيده مربوط به قطعه صنعتي، روش سيمپ به كاهش وزن قابل قبولي در كنار كمترين تمركز تنش دست يافت. روش‌هاي كنترلي نيز در صورت نياز به حل مسائل پيچيده در زمان نسبي كوتاه‌تر، انتخاب هوشمندانه‌اي خواهند بود.
در واقعيت به دليل لايه لايه بودن قطعات ساخته شده به روش‌هاي ساخت افزودني، نمونه‌ها داراي مقادير استحكام كمتري از مقادير شبيه‌سازي شده مي‌باشند. به عبارت ديگر عمليات بهينه سازي با فرض يكنواخت و توپر بودن سازه به سبكسازي آن مي‌پردازد. در بخش سوم اين پژوهش، يك كد بهينه سازي توپولوژي به روش بسو ارائه شده است كه مبناي حل آن بهينه سازي بر مبناي استحكام با توجه به قيد حجم است. در اين كد، استحكام غيريكنواخت به وجود آمده در جهت محور ساخت در بهينه سازي در نظر گرفته مي‌شود. به دليل نوين بودن اين روش با فرضيات منظور شده، در ابتدا معادله حساسيت تابع بهينه سازي محاسبه شده و صحت آن با در نظرگيري خواص استحكامي يكسان با مراجع اعتبارسنجي شده است. سپس تير يك سر گيردار به كمك اين روش بهينه سازي گرديده و نتايج آن با روش كمينه سازي تنش فون ميزز مقايسه گرديده است.
شماره ركورد
214952
گرايش رشته تحصيلي
طراحي كاربردي
دانشكده
مهندسي مكانيك
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان
استاد مشاور
محمد سيلاني
استاد داور
محمود فرزين، محسن صفوي
استاد راهنما
احسان فروزمهر، محسن بدرسماي