تحلیل و بهینه سازی پروفایل ساقه کولتیواتور

لینک مقاله

فارسی مقاله هم نزد بنده موجود است که به صورت خلاصه در زیر آورده شده است.

نیمند و همکاران در سال  1995 به منظور بررسی پروفایل ساقه کولتیواتور در طراحی، یک مدل سازی و پروسه تحلیل نمونه را بر اساس تحلیل المان محدود و روش های عددی عنوان کردند. آنها نتیجه گرفتند که این طراحی به طور چشمگیری تنش ها را کاهش می دهد و موجب افزایش عمر ساقه میگردد.

در تصویر زیر، تصاویر سمت راست به ترتیب نمای مقطعی از قسمت های A-B و B-C و C-D هستند. در تیغه نمونه مورد بررسی آنها قسمت A-B که در آن شکست رخ میدهد دارای سختی کمتری نسبت به قسمت های پایینی بود و در نتیجه بخش عمده ای از تغییر شکل در این بخش بود، و به علت سختی بالاتر قسمت های B-C و C-D و حرکت و دوران عمده در قسمت A-B این قسمت ها به صورت صلب حرکت می کنند. توانایی نفوذ به عمق مناسب کاملاً وابسته به مقدار سختی کلی است. به منظور توزیع یکنواخت تنش، هر سه مقطع دوباره طراحی شدند. به این منظور رفتار ساقه با روش المان محدود بررسی شد. در مرحله اول از المان های تیری با 65 المان خطی در طول ساقه مورد استفاده قرار گرفت. این مدل که در حالت طبیعی و معمولی بستن تیغه فرض شد، در معرض یک واحد بار در قسمت نوک آزاد ساقه (قسمتی از ساقه که در عمیق ترین قسمت با خاک در ارتباط است.) قرار داشت. این بار (F) در شکل بالا نمایان است. با این بار یک ممان خمشی ماکزیمم در قسمت A-B ایجاد می شود. همچنین بررسی های متفاوتی روی مقاطع سه گانه با اندازه های متفاوت و نحوه قرار گیری آنها، به منظور یافتن حساسیت سختی کلی نسبت با حداکثر تنش کششی انجام شد. آنها دریافتند که 30 درصد افزایش سختی خمشی قسمت های A-B و B-C، EI با کاهش 30 درصدی سختی قسمت C-D، 30 درصد کاهش تنش ماکزیمم در قسمت بحرانی A-B را در پی داشت. در حالیکه تنها 7 درصد کاهش در سختی کلی ایجاد می شد.

آنها با روش بهینه سازی و کاهش تابع هزینه تعریف شده بر اساس کار مجازی نتیجه گرفتند که در شرایط تنش مورد انتظار و مطلوب، طراحی بهینه بهبودی قابل توجهی نسبت با طراحی استاندارد داشت. از آنجاییکه ممکن است تولید کننده از یک تسمه آماده از قبل استفاده کند از نقطه نظر تولید و ساخت این طراحی مورد توجیه است. زمانیکه مقادیر زاویه θ را افزایش می دهیم مقدار سختی قسمت C-D کاهش پیدا می کند و بر همین اساس سختی قسمت A-B افزایش پیدا می کند. این منجر به تغییر شکل و جذب بیشتر نیرو در بخش C-D می گردد. در کل این طراحی منجر به تنش پذیری کمتر کل ساق می گردد و به طور قابل توجهی طراحی ساقه بهینه می شود.