پایان نامه بررسی فرآیند خمکاری فشاری لوله و بهینه سازی پارامترهای آن با استفاده از الگوریتم ژنتیک

اختصاصی از کوشا فایل پایان نامه بررسی فرآیند خمکاری فشاری لوله و بهینه سازی پارامترهای آن با استفاده از الگوریتم ژنتیک دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:200

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

فهرست مطالب:

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-    بررسی اثر پارامترهای فرایند بر توزیع ضخامت در شعاع خارجی خم    121
5-4-    طراحی آزمایش    124
5-4-1-    بررسی میزان تاثیر پارامترها بر روی خروجی    125
5-5-    ویژگی‌های شبکه عصبی استفاده 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
    

 
فهرست اشکال
عنوان     شماره صفحه

شکل (‏1 1): چند نمونه از کاربردهای قطعات خم لوله    2
شکل (‏1 2): پارامترهای رایج در خمکاری لوله    4
شکل (‏1 3): شماتیک فرایند خمکاری فشاری ‏[7]    10
شکل (‏1 4): شماتیک فرایند خمکاری کششی a)قبل از خمکاری b) بعد از خمکاری.    12
شکل (‏1 5): شماتیک فرایند خمکاری فشاری با بازوی متحرک a) قبل از خمکاری b) بعد از خمکاری.    14
شکل (‏1 6): شماتیک فرایند خمکاری پرسی a) قبل از خمکاری b)بعد از خمکاری.    16
شکل (‏1 7): شماتیک فرایند خمکاری غلتکی با سه غلتک.    17
شکل (‏1 8): برگشت فنری    19
شکل (‏1 9): چین‌خوردگی در لوله در شعاع داخلی خم ‏[9]    19
شکل (‏1 10): خرابی سطح مقطع لوله بر اثر خمکاری (تخت شدن شدن در شعاع بیرونی و بیضی شدن)    20
شکل (‏1 11): تغییرات ضخامت لوله در خمکاری    21
شکل (‏2 1): مقایسه بین سلول عصبی طبیعی و مصنوعی    39
شکل (‏2 2): نمایش مدل یک نرون مصنوعی ساده    40
شکل (‏2 3): یک نرون با بردار ورودی p    41
شکل (‏2 4): شبکه عصبی تک لایه با S نرون    44
شکل (‏2 5): نمایش فرم ساده شده یک شبکه عصبی تک لایه با S نرون و R ورودی    45
شکل (‏2 6): شبکه عصبی سه لایه    46
شکل (‏2 7): نمایش فرم ساده یک شبکه عصبی سه لایه    47
شکل (‏2 8): شبکه آدالاین    48
شکل (‏2 9): نمایش ژن‌ها در یک کروموزوم    56
شکل (‏2 10): فلوچارت الگوریتم ژنتیک    56
شکل (‏2 11): کدگذاری باینری    59
شکل (‏2 12): کدگذاری جایگشتی    60
شکل (‏2 13): کدگذاری مقداری    60
شکل (‏2 14): نحوه انجام انتخاب    61
شکل (‏2 15): روش انتخاب چرخ گردان    62
شکل (‏2 16): تقاطع تکنقطهای    65
شکل (‏2 17): تقاطع دونقطهای    65
شکل (‏2 18): تقاطع یکنواخت    67
شکل (‏2 19): جهش flipping    68
شکل (‏2 20): جهش به روش تبادل    68
شکل (‏2 21): جهش به روش عکس کردن    69
شکل (‏2 22): نقاط بهینه محلی و کلی در یک فضای طراحی    72
شکل (‏3 1): هندسه مدل شده جهت تحلیل المان محدود فرایند خمکاری    78
شکل (‏3 2): نمودار تنش حقیقی-کرنش حقیقی در ناحیه پلاستیک    81
شکل (‏3 3): خطای نسبی سه مدل انرژی کرنشی مونی-ریولین، نئوهوکی و یئو    85
شکل (‏3 4): شبکه‌بندی مندرل، لوله، قالب و راهنمای لوله    89
شکل (‏4 1): ابعاد مغزیهای فلزی و موقعیت قرارگیری آن    92
شکل (‏4 2): مغزیهای فلزی استفاده شده برای تست کشش لوله    92
شکل (‏4 3): (a) لوله برنجی قبل از کشش (b) گلویی کردن و شکست لوله برنجی بعد از کشش    93
شکل (‏4 4): گلویی کردن و شکستن نمونه فولادی    94
شکل (‏4 5): نمودار تنش-کرنش مهندسی و حقیقی برای برنج    95
شکل (‏4 6): نمودار تنش-کرنش مهندسی و حقیقی برای فولاد SS 304    95
شکل (‏4 7): ابعاد نمونه استاندارد برای تست کشش مطابق ASTM D412 (Die C)    96
شکل (‏4 8): قالب استاندارد برای برش نمونههای دمبل شکل    97
شکل (‏4 9): (a) دستگاه تست کشش لاستیک، (b) نمونه بعد از افزایش طول 200 درصد    98
شکل (‏4 10): نتایج تست کشش سه نمونه پلی یورتان با سختی 80 شور A با سرعت 500 میلی متر بر دقیقه    98
شکل (‏4 11): نمودار تنش اسمی-کرنش اسمی نمونههای کشش و متوسط آن ها    99
شکل (‏4 12): اجزای قالب خمکاری فشاری    100
شکل (‏4 13): مقایسه تاثیر مندرل بر روی تغییر شکل لوله، (a) خمکاری با مندرل چند تکه ، (b) خمکاری با مندرل یکپارچه نرم    102
شکل (‏4 14): اندازه‌گیری حداکثر ارتفاع چین‌خوردگی در محل خم    103
شکل (‏4 15): اثر فشار بر چین‌خوردگی لوله برنجی، (a) فشار 3.8، (b) فشار 24.7 مگاپاسکال    104
شکل (‏4 16): اثر فشار بر چین‌خوردگی لوله فولادی، (a) فشار 24.7 مگاپاسکال، (b) فشار 39.3 مگاپاسکال    104
شکل (‏4 17): نمونه‌ای از قطعات خم شده در قالب خم فشاری    105
شکل (‏4 18): لوله اچ‌ شده با دایره‌های به قطر 5 میلی‌متر    106
شکل (‏4 19): انواع حالت‌های ممکن برای تغییر شکل شبکه دایره‌ای، (a) کشش تک محوری، (b) کرنش صفحه‌ای، (c) کشش دو محوری    106
شکل (‏4 20): محل‌های اندازه گیری ضخامت جدار لوله در سطح مقطع برش    107
شکل (‏5 1): نمودار نیروی خمکاری لوله فولادی    110
شکل (‏5 2): نمودار نیروی خمکاری لوله برنجی    111
شکل (‏5 3): شماتیک محل اندازه‌گیری کرنش‌ و ضخامت    112
شکل (‏5 4): کرنش حقیقی در شعاع داخلی خم در لوله فولادی    113
شکل (‏5 5): کرنش حقیقی در شعاع بیرونی خم در لوله فولادی    113
شکل (‏5 6): کرنش حقیقی در شعاع داخلی خم در لوله برنجی    115
شکل (‏5 7): کرنش حقیقی در شعاع بیرونی خم در لوله برنجی    115
شکل (‏5 8): a) توزیع ضخامت در مقطع با زاویه خم 45 درجه در لوله فولادی، b) جهت اندازه‌گیری    118
شکل (‏5 9): a) توزیع ضخامت در مقطع با زاویه خم 45 درجه در لوله برنجی، b) جهت اندازه‌گیری    119
شکل (‏5 10): مقایسه نتایج تجربی و المان محدود خمکاری لوله فولادی، a)فشار کم، b) فشار زیاد    120
شکل (‏5 11): مقایسه نتایج تجربی و المان محدود خمکاری لوله برنجی، a)فشار کم، b) فشار زیاد    121
شکل (‏5 12): میانگین کمترین ضخامت جدار لوله در سطوح مختلف پارامترهای فرایند a) لوله فولادی b) لوله برنجی    123
شکل (‏5 13): اثر متقابل بین فشار و اصطکاک میان لوله و قالب در تغییر ضخامت لوله برنجی در شعاع خارجی خم    123
شکل (‏5 14): اثر اصلی عوامل مختلف در بررسی چین خوردگی در خمکاری لوله برنجی    126
شکل (‏5 15): اثرات متقابل عوامل مختلف در بررسی چین خوردگی در خمکاری لوله برنجی    128
شکل (‏5 16): اثر اصلی عوامل مختلف در بررسی چین خوردگی در خمکاری لوله SS304    129
شکل (‏5 17): تاثیر عوامل مختلف بر روی چین خوردگی در SS304 با در نظر گرفتن اثر متقابل آن‌ها    130
شکل (‏5 18): ساختار شبکه عصبی مورد استفاده    132
شکل (‏5 19): فرایند یادگیری شبکه عصبی brass-net    136
شکل (‏5 20): نمودار رگراسیون برای (a داده های آموزش، (b داده های تست، (c داده های تصدیق و (d کل داده ها برای شبکه brass-net    137
شکل (‏5 21): مقایسه جواب‌های المان محدود و شبکه عصبی brass-net روی داده‌های تست    138
شکل (‏5 22): بررسی پایداری شبکه عصبی brass-net در پیشبینی ارتفاع چینخوردگی    140
شکل (‏5 23): فرایند یادگیری شبکه عصبی ss304-net    142
شکل (‏5 24): نمودار رگراسیون برای (a داده های آموزش، (b داده های تصدیق، (c داده های تست و (d کل داده ها برای شبکه ss304-net    143
شکل (‏5 25): مقایسه جواب‌های المان محدود و شبکه عصبی ss304-net روی داده‌های تست    144
شکل (‏5 26): بررسی پایداری شبکه عصبی ss304-net در پیشبینی ارتفاع چینخوردگی    145
شکل (‏5 27): روند تغییرات تابع برازندگی brass-net برای حالت اول    150
شکل (‏5 28): روند تغییرات تابع برازندگی ss304-net    151
شکل (‏5 29): جواب‌های بهینه برای خم a) لوله برنجی و b) لوله فولادی    154
شکل (الف-1): نمای انفجاری قالب خمکاری فشاری مورد استفاده در این پروژه    165
شکل (الف-2): نیمه سمت چپ قالب برای خمکاری با شعاع 1.5D    166
شکل (الف-3): نیمه سمت راست قالب برای خمکاری با شعاع 1.5D    166
شکل (الف-4): راهنمای لوله (قطر خارجی لوله 25 میلیمتر)    167
شکل (الف-5): کفه بالایی قالب خمکاری    167
شکل (الف-6): قالب خمکاری در حالت بسته شده    168
شکل (ب-1): نیروی شکل‌دهی در خمکاری لوله برنجی با قطر 25 میلی‌متر و ضخامت 1 میلی‌متر    169
شکل (ب-2): نیروی شکل‌دهی در خمکاری لوله فولادی SS304 با قطر 25 میلی‌متر و ضخامت 1 میلی‌متر    170
شکل (ب-3): تست کشش لوله فولادی SS304    171
شکل (ب-4): تست کشش لاستیک (پلی‌یورتان مطابق استاندارد ASTM D412)    172


فهرست جداول
عنوان     شماره صفحه
جدول (‏1 1): پارامترهای خمکاری    6
جدول (‏2 1): چند نمونه از توابع تبدیل پرکاربرد در شبکه‌های عصبی    43
جدول (‏3 1): خواص مکانیکی لوله‌های فولادی زنگ نزن و برنجی    81
جدول (‏4 1): ابعاد نمونه های تست شده (ابعاد به میلیمتر میباشند)    97
جدول (‏4 2): ضرایب مدل مونی-ریولین حاصل از دادههای تست کشش    99
جدول (‏4 3): آزمایش‌های تجربی انجام شده    101
جدول (‏5 1): مقادیر ضخامت در شعاع داخلی و خارجی خم    116
جدول (‏5 2): پارامترهای طراحی و تعداد سطوح آن‌ها جهت طراحی آزمایش    125
جدول (‏5 3): نتایج حاصل برای آموزش شبکه عصبی در خمکاری لوله برنجی    134
جدول (‏5 4): نتایج حاصل برای آموزش شبکه عصبی در خمکاری لوله فولادی    141
جدول (‏5 5): مقادیر مجاز پارامترهای فرایند برای دو حالت مطالعه موردی    147
جدول (‏5 6): مقادیر پارامترهای تنظیمی الگوریتم ژنتیک    147
جدول (‏5 7): نتایج بهینه الگوریتم ژنتیک با تابع برازندگی brass-net در 10 بار تکرار برای حالت اول    149
جدول (‏5 8): نتایج بهینه الگوریتم ژنتیک با تابع برازندگی ss304-net در 10 بار تکرار برای حالت اول    151
جدول (ج-1): داده‌های المان محدود برای خمکاری فشاری SS304    173
جدول (ج-2): داده‌های المان محدود برای خمکاری فشاری لوله برنجی    176

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 استفاده 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 استفاده از روش‌های خاص می‌باشد. یکی از این روش‌ها که برای خمکاری لوله‌های جدار نازک با شعاع‌های خم کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد، روش خمکاری فشاری است. در این روش، از مواد انعطاف‌پذیر به ویژه الاستومرهای پلی یورتان، لاستیک‌های مصنوعی و غیره به عنوان مندرل در داخل لوله استفاده می‌شود. 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 می‌شوند 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 استفاده شده است. 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 استفاده شد. این شبکه به عنوان تابع برازندگی در الگوریتم ژنتیک مورد استفاده قرار گرفت. به کمک الگوریتم ژنتیک، مقدار بهینه پارامترهای فرایند که منجر به تولید خم بدون چین‌خوردگی در لوله می‌شود، به دست آمدند. لازم به ذکر است 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.