دانشگاه صنعتی امیرکبیر

مطالعه فرآیند خم کاری فشاری لوله و بهینه ­سازی پارامترهای آن با بهره گیری از الگوریتم ژنتیک

ارائه شده برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

استاد راهنما

دکتر بیژن ملائی داریانی

دانشکده مهندسی مکانیک

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
چکیده
در صنایع فضایی، هواپیماسازی، خودروسازی و غیره قطعات لوله‌ای با شعاع خم کوچک از جنس آلیاژهای آلومینیوم، تیتانیوم و فولادهای زنگ‌نزن، در سیستم‌های هیدرولیکی، سوخت‌رسانی و انتقال گاز به صورت وسیع مورد بهره گیری قرار می‌گیرند. شعاع خم این قطعات اغلب در حدود قطر خارجی لوله می‌باشد. در نتیجه امکان ایجاد عیوب چین‌خوردگی در شعاع داخلی خم، نازک شدن بیش از حد جدار لوله در شعاع بیرونی خم، خرابی سطح مقطع و غیره در این قطعات زیاد می‌باشد. خمکاری سرد این قطعات نیازمند بهره گیری از روش‌های خاص می‌باشد. یکی از این روش‌ها که برای خمکاری لوله‌های جدار نازک با شعاع‌های خم کوچک مورد بهره گیری قرار می‌گیرد، روش خمکاری فشاری می باشد. در این روش، از مواد انعطاف‌پذیر به ویژه الاستومرهای پلی یورتان، لاستیک‌های مصنوعی و غیره به عنوان مندرل در داخل لوله بهره گیری می گردد. بعد از قرار دادن مندرل در داخل لوله و اعمال فشار به مندرل، لوله و مندرل توسط سنبه به صورت همزمان به داخل قالب خم هدایت می شوند و لوله شکل پروفیل خم را به خود می‌گیرد.
در این پایان‌نامه از روش ترکیبی شبکه عصبی و الگوریتم ژنتیک جهت یافتن مقادیر بهینه پارامترهای فرایند خمکاری فشاری لوله با هدف تولید خم با حداقل چین‌خوردگی بهره گیری شده می باشد. پنج پارامتر قطر نسبی لوله، شعاع نسبی خم، اصطکاک بین لوله و قالب، اصطکاک بین لوله و مندرل و فشار وارده به لاستیک به عنوان پارامترهای ورودی و حداکثر ارتفاع چین‌خوردگی به عنوان پارامتر خروجی در نظر گرفته شده اند. داده‌های مورد نیاز جهت آموزش شبکه عصبی از شبیه‌سازی‌های المان محدود در نرم افزار ABAQUS استخراج شدند. از شبکه عصبی پس انتشار خطا با الگوریتم آموزش لونبرگ-مارکوارت بهره گیری گردید. این شبکه به عنوان تابع برازندگی در الگوریتم ژنتیک مورد بهره گیری قرار گرفت. به کمک الگوریتم ژنتیک، مقدار بهینه پارامترهای فرایند که منجر به تولید خم بدون چین‌خوردگی در لوله می گردد، به دست آمدند. خاطر نشان می گردد که نتایج شبیه‌سازی‌های عددی با انجام تست‌های تجربی خمکاری لوله با دقت قابل قبولی صحه گذاری شدند.
کلید واژه: خمکاری فشاری لوله، شبکه عصبی مصنوعی، الگوریتم ژنتیک.
فهرست مندرجات

عنوان                                                                                                                  شماره صفحه
فهرست اشکال ……………………………………………………………………………………..ح
فهرست جداول ……………………………………………………………………………………..م
علائم اختصاری …………………………………………………………………………………….ن
1- پیشگفتار. 1
1-1-  مقدمه  2
1-2-  تعاریف و پارامترهای خمکاری.. 4
1-3-  روش های خمکاری لوله. 6
1-3-1- خمکاری فشاری.. 6
1-3-2- خمکاری کششی.. 11
1-3-3- خمکاری فشاری با بازوی متحرک… 13
1-3-4- خمکاری پرسی.. 14
1-3-5- خمکاری غلتکی.. 15
1-4-  عیوب خمکاری لوله. 17
1-4-1- برگشت فنری.. 18
1-4-2- چین خوردگی.. 18
1-4-3- خرابی سطح مقطع لوله. 19
1-4-4- تغییرات ضخامت… 21
1-4-5- پارگی  21
1-5-  مروری بر کارهای انجام شده 22
1-6-  تعریف و اهداف پایان‌نامه. 34
1-7-  بخش‌بندی پایان‌نامه. 35
2- سیستم‌های هوشمند (شبکه‌های عصبی و الگوریتم ژنتیک). 37
2-1-  مقدمه ای بر شبکه‌های عصبی مصنوعی.. 38
2-1-1- مدل ریاضی نرون. 39
2-1-2- تابع تبدیل یا تابع محرکه. 42
2-1-3- ساختار شبکه. 44
2-1-3-1-  شبکه های چند لایه. 45
2-1-4- یادگیری.. 47
2-1-4-1-  انواع یادگیری.. 47
2-1-4-2-  شبکه آدالاین.. 48
2-1-4-3-  قانون یادگیری ویدرو-هوف یا LMS. 49
2-1-4-4-  قانون یادگیری پرسپترون. 49
2-1-4-5-  قانون یادگیری گرادیان کاهشی.. 50
2-1-5- الگوریتم پس انتشار. 51
2-1-5-1-  اصول الگوریتم پس انتشار خطا 52
2-1-5-2-  الگوریتم لونبرگ… 53
2-2-  مقدمه‌ای بر الگوریتم ژنتیک… 54
2-2-1- ساختار الگوریتم ژنتیک… 55
2-2-2- کدگذاری.. 58
2-2-2-1-  کدگذاری دو دویی.. 59
2-2-2-2-  کدگذاری جایگشتی.. 59
2-2-2-3-  کدگذاری مقداری.. 60
2-2-3- انتخاب   60
2-2-3-1-  روش چرخ گردان. 61
2-2-3-2-  روش رتبه بندی.. 62
2-2-3-3-  روش مسابقه ای.. 63
2-2-3-4-  نخبه گزینی.. 63
2-2-4- تولید مثل.. 64
2-2-4-1-  تقاطع تک نقطهای.. 64
2-2-4-2-  تقاطع دو نقطهای.. 65
2-2-4-3-  تقاطع چند نقطهای.. 66
2-2-4-4-  تقاطع یکنواخت… 66
2-2-5- جهش    67
2-2-5-1-  وارون کردن. 67
2-2-5-2-  تبادل. 68
2-2-5-3-  معکوس کردن. 68
2-2-6- تابع هدف و تابع برازندگی.. 69
2-2-7- پارامترهای الگوریتم ژنتیک… 70
2-2-8- تفاوت الگوریتم ژنتیک با دیگر روشهای جستجو. 73
3- مدل‌سازی فرآیند به کمک نرم‌افزار المان محدود. 75
3-1-  مقدمه  76
3-2-  تحلیل المان محدود خمکاری فشاری لوله. 77
3-2-1- مقدمه. 77
3-2-2- مدلسازی هندسی.. 77
3-2-3- تعریف خواص مکانیکی.. 79
3-2-4- مراحل تحلیل المان محدود خمکاری فشاری لوله. 86
3-2-5- شرایط تماسی و اصطکاک… 86
3-2-6- قیود و بارگذاری.. 87
3-2-7- شبکه‌بندی اجزای مدل شده 88
4- آزمایش‌ها و کارهای تجربی.. 90
4-1-  مقدمه  91
4-2-  تست کشش لوله. 91
4-3-  تست کشش الاستومر. 96
4-4-  ساخت قالب… 100
4-5-  تست خم لوله. 101
5- ارائه نتایج و بحث… 108
5-1-  مقدمه  109
5-2-  مقایسه نتایج شبیه‌سازی عددی و تجربی.. 110
5-2-1- نیروی‌های شکل‌دهی.. 110
5-2-2- توزیع ضخامت و کرنش‌ها 112
5-2-3- شکل لوله خم. 119
5-3-  مطالعه اثر پارامترهای فرایند بر توزیع ضخامت در شعاع خارجی خم. 121
5-4-  طراحی آزمایش… 124
5-4-1- مطالعه اندازه تاثیر پارامترها بر روی خروجی.. 125
5-5-  ویژگی‌های شبکه عصبی بهره گیری شده 131
5-5-1- ویژگی‌های شبکه عصبی آموزش داده شده برای خم لوله برنجی.. 133
5-5-2- ویژگی‌های شبکه عصبی آموزش داده شده برای خم لوله فولادی.. 140
5-6-  ویژگی‌های الگوریتم ژنتیک به کار گرفته شده 146
5-6-1- بهینه‌سازی خم لوله برنجی.. 148
5-6-2- بهینه‌سازی خم لوله فولادی.. 150
5-6-3- مقایسه نتایج بهینه‌سازی.. 152
6- نتیجه‌گیری و پیشنهادات… 155
6-1-  نتیجه‌گیری.. 156
6-2-  پیشنهادها برای ادامه کار. 157
7- مراجع.. 159
8- پیوست‌ها 164

در گذشته خمکاری لوله یک هنر تلقی می‌گردید و خمکاری اکثراً توسط افراد ماهری که در طی چندین سال تجربه کسب کرده‌ بودند انجام می‌گرفت. در چند دهه اخیر تحقیقات گسترده‌ای در زمینه خمکاری لوله‌ها به مقصود ایجاد دانش پایه در این زمینه صورت گرفته می باشد. به کمک کارهای تجربی، تحلیل‌های تئوری و شبیه‌سازی‌های عددی درک بهتری از چگونگی تغییر شکل لوله در حین خمکاری فراهم شده می باشد.
روش‌های مختلفی جهت خمکاری لوله‌ها هست. هر یک این روش‌ها با در نظر داشتن نوع و کیفیت خمی که می‌توانند تولید کنند دارای کاربردها و محدودیت‌هایی می‌باشند. انواع روش‌های خمکاری لوله‌ها شامل خمکاری برشی[1]، خمکاری کششی[2]، خمکاری فشاری با بازوی متحرک[3]، خمکاری پرسی[4]، خمکاری فشاری[5] و خمکاری غلتکی[6] و غیره می‌باشند. انتخاب یک روش خمکاری بستگی به : 1) کیفیت خم و نرخ تولید مورد نظر و 2) جنس لوله، شعاع خم نسبی(R/D)، قطر نسبی لوله(D/t) و دقت لازم (D قطر خارجی، t ضخامت و R شعاع خط مرکزی خم می‌باشند) دارد. به عنوان مثال برای خمکاری لوله‌های جدار نازک با نرخ تولید زیاد و دقت بالا، مناسب‌ترین گزینه بهره گیری از روش خمکاری کششی می‌باشد.
در موتور هواپیماها و فضاپیماها، قطعات لوله‌ای با شعاع خم کوچک از جنس‌‌های آلومینیوم، تیتانیوم و آلیاژهای با استحکام بالا به صورت فراوان به کار گرفته می شوند. شعاع خم این قطعات لوله‌ای در بعضی موردها در حدود قطر خارجی آن‌ها می‌باشد که با روش‌های رایج خمکاری سرد لوله‌ها قابل تولید نیستند. در این موردها لازم می باشد روش‌های جدیدی جهت تولید خم با کیفیت مطلوب مورد بهره گیری قرار گیرند. یکی از این روش‌ها، خمکاری فشاری لوله می‌باشد که در آن خمکاری تحت فشار داخلی مندرل لاستیکی انجام می‌گیرد. این روش در مقایسه با سایر روش‌های خمکاری لوله‌ها دارای مزایایی مانند دقت و بازدهی بالا، هزینه پایین و تولید خم با کیفیت خوب می‌باشد ‏[1].
        1-1-    تعاریف و پارامترهای خمکاری
در شکل (‏1‑2) پارامترهای خمکاری لوله نشان داده شده می باشد. هر یک از این پارامترها را می‌توان به صورت زیر تعریف نمود ‏[2].

  • سطح خمش: سطحی که از شعاع خط مرکزی لوله (شعاع خم) عبور می کند و عمود بر جهت چرخش خم می باشد.
  • خط مرکزی لوله (CL): خط ممتدی که هر نقطه واقع در مرکز سطح مقطع لوله را به هم وصل می کند.

شکل (‏12): پارامترهای رایج در خمکاری لوله

  • دیواره خارجی خم[7]: کمان/لبه بیرونی خم می باشد.
  • دیواره داخلی خم[8]: کمان/لبه داخلی خم می باشد.
  • شعاع خط مرکزی (CLR): فاصله بین مرکز چرخش خم و خط مرکزی لوله می‌باشد که شعاع خم نیز نامیده می گردد. در صنعت خمکاری معمولاً شعاع خم بر حسب ضریبی از قطر خارجی لوله (OD) و به صورت mD اظهار می گردد. به عنوان مثال وقتی لوله ای به قطر خارجی 30 میلی متر با 5D CLRخم می گردد یعنی اینکه شعاع خم برابر 45 میلی متر می باشد.

(‏1‑1)  
  • انحنای خم: عکس شعاع خط مرکزی را انحنای خم می گویند.

(‏1‑2)  

مماس: ناحیه مستقیم لوله در دو انتهای خم را مماس می گویند و می تواند هر مقداری داشته باشد. لوله خم شده ای که در هر دو انتها فاقد مماس باشد تحت عنوان لوله با مماس صفر خوانده می گردد.

  • قطر لوله: هرگاه قطر لوله به تنهایی به کار رود مقصود قطر خارجی لوله می باشد.

جدول (‏11): پارامترهای خمکاری

نماد تبیین
CLR شعاع خط مرکزی
CL خط مرکزی لوله
OD قطر خارجی لوله
ID قطر داخلی لوله
DOB زاویه خم
t ضخامت اولیه جدار لوله
to ضخامت دیواره خارجی لوله در محل خم
ti ضخامت دیواره داخلی لوله در محل خم

        1-2-    روش های خمکاری لوله
روش‌های زیادی برای خمکاری لوله‌ها هست. بعضی از این روش­ها به صورت گرم و بعضی دیگر به صورت سرد انجام می­شوند. در این بخش فقط در مورد روش­های خمکاری سرد لوله­ها بحث خواهد گردید. هر یک از این روش‌ها دارای کاربردها و محدودیت هایی از لحاظ نوع خم، حداکثر زاویه خمی که می­توانند ایجاد کنند، هزینه­های تولید و کیفیت خم می­باشند. انتخاب روش خمکاری بستگی به: 1) کیفیت خم و تعداد تولید و 2) قطر لوله، ضخامت لوله و شعاع خم لوله دارد ‏[3].
1-2-1-    خمکاری فشاری
خمکاری فشاری مانند روش‌های خمکاری سرد لوله می باشد که اخیراً مورد توجه زیاد قرار گرفته می باشد. از این روش بیشتر برای تولید خم‌های با شعاع کم در لوله‌های جدار نازک بهره گیری می گردد. مانند مزیت­های این روش امکان تولید خم‌های با شعاع کوچک در حدود قطر خارجی لوله، تولید خم با تغییرات ضخامت کم، تغییر سطح مقطع (بیضی شدن) کم و تجهیزات ارزان­تر در مقایسه با سایر روش‌های خمکاری لوله می‌باشد.

تعداد صفحه : 199
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه کارشناسی ارشد رشته عمران : بررسی انواع ترک خوردگی در سد های بتنی و علل آنها

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       serderehi@gmail.com

دسته‌ها: عمران