طراحی بهینه قالب اکستروژن متقارن با استفاده از روش بهینه‌سازی فراابتکاری ترکیبی رقابت امپریالیستی-مورچه

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بزرگمهر قائنات، قائن، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد گرگان، دانشگاه آزاد اسلامی، گرگان، ایران

10.22044/jsfm.2023.13213.3749

چکیده

در پژوهش حاضر طراحی بهینه شکل قالب در فرایند شکل‌دهی فلزات با استفاده از اکستروژن مورد بررسی قرارگرفته‫ است. باتوجه به وجود تغییر شکل‌های بزرگ در حین شکل‌دهی و درنتیجه ورود به ناحیه مومسان ماده، برای تحلیل مسئله در این ناحیه روش المان محدود به‌کار گرفته شده و مدل‌سازی در دستگاه اویلری انجام پذیرفته است. در این مطالعه تابع هدف رسیدن به کمترین انرژی کل مورد نیاز برای تغییر شکل در فرایند اکستروژن است. متغیر طراحی مورد نظر شکل قالب بوده و برای تولید شکل قالب از منحنی‌های اسپیلاین با در نظر گرفتن چند نقطه کنترلی استفاده شده است. با توجه به ماهیت غیر‌خطی بودن مسئله شکل‌دهی فلزات، پیچیدگی و حجم زیاد محاسبات در حین تحلیل مسئله، برای طراحی شکل بهینه قالب از یک روش بهینه‏سازی فراابتکاری ترکیبی قدرتمند الهام گرفته شده از دو روش رقابت امپریالیستی و الگوریتم مورچه (ICACO) کمک گرفته شده است. برای اعتبارسنجی نتایج به دست آمده برای شکل هندسی قالب در پژوهش حاضر، از مقایسه آن‌ها با نتایج ارائه شده در تحقیقات گذشته استفاده شد و میزان خطا کمتر از 2 درصد به دست آمد و هم‌خوانی خوبی مشاهده گردید. نتایج به دست آمده باعث کاهش قابل توجه مصرف انرژی کل در حین تغییر شکل به میزان حدودی 12 درصد نسبت به حالت مرسوم خطی شده است.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] قدوسیان ع، شیخی ازغندی م، (1393) روش­های بهینه­سازی فرا ابتکاری در مهندسی، انتشارات دانشگاه سمنان.
[2] Sheikhi Azqandi M, (2021) A Novel Hybrid Genetic Modified Colliding Bodies Optimization for Designing of Composite Laminates, Mech Adv Comp Struct 8: 203 – 212.
 [3] Michael C, Phillipp L, Paul S (2020) Shape Optimization of a Backward Extrusion Process Using a Non-Invasive Form Finding Algorithm. Procedia Manufacturing 47: 873–880.
[4] Sheikhi Azqandi, M, Nooredin N, Ghoddosian A (2018) Optimization of spring back in U-die bending process of sheet metal using ANN and ICA. Struct Eng Mech 65(4) 447-452.
[5] Bonte MHA, Van den B, Huétink J (2008) An optimisation strategy for industrial metal forming processes. Structural and Multidisciplinary Optimization. 35: 571–86.
[6] Summers JW, Brown RJ (1981) Practicle principles of die design - a simplified procedure, in table form, for rigid PVC, J. Vinyl Technol. 3: 215–218.
[7] Pittman JFT (2011) Computer-aided design and optimization of profile extrusion dies for thermoplastics and rubber: a review. J Process Mech Eng 225: 280–321.
[8] Behr M, Michaeli W, Elgeti S, Nicolai M, Probst M, Fink B, Windeck C (2009)  Towards shape optimization of extrusion dies using finite elements. J Plast Technol 5: 411–427.
[9] Elgeti S, Probst M, Windeck C, Behr M, Michaeli W, Hopmann C, (2012) Numerical shape optimization as an approach to extrusion die design. Finite Elem Anal Des 61: 35–43.
[10] Lee SK, Ko DC, Kim BM (2000) Optimal die profile design for uniform microstructure in hot extrusion product. Int J Mach Tool Manuf. 40: 1457–1478.
[11] Ulysse P (2002) Extrusion die design for flow balance using FE and optimization methods, Int J of Mecha Sci 44: 319–341.
[12] Yan H, Xia J (2006) An approach to the optimal design of technological parameters in the profile extrusion process. Sci Tech Adv Mat. 7: 127–131.
[13] Gordona WA, Van Tyneb CJ, Moon YH (2007) Axisymmetric extrusion through adaptive dies- Part 3: Minimum pressure streamlined die shapes, Int J Mech Sci 49: 104-115.
[14] Bakhshi-Jooybari M, Saboori M, Noorani-Azad M, Hosseinipour SJ (2007) Combined upper bound and slab method, finite element and experimental study of optimal die profile in extrusion, Mat Des, 28: 1812-1818.
[15] بیرانوند م، حقیقت ح (1396) یک مدل تغییر شکل جدید برای فرآیند اکستروژن لوله­های دو فلزی، نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر، 49 (4): 819-828.
[16] Giarmas E, Tzetzis D (2022) Optimization of die design for extrusion of 6xxx series aluminum alloys through finite element analysis: a critical review. Int J Adv Manufac Tech 119: 5529–5551.
[17] Spanjaards MMA, Hulsen MA, Anderson PD, (2021) Die shape optimization for extrudate swell using feedback control, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics 293 104552.
[18] Dixit PM, Dixit US (2008) Modeling of Metal Forming and Machining Processes, Springer, London,.
[19] Altan T, Oh SI, Gegel HL (1983) Metal Forming Ð Fundamentals and Applications, American Society of Metals, Cleveland, OH.
[20] Young WK, Hyochoong B (2018) The Finite Element Method Using MATLAB, CRC Press.
[21] R. V. Dukkipati, (2018) Applied Numerical Methods with MatLab, McGraw-Hill Education.
[22] قدوسیان ع، اسکندر ه، شیخی ازغندی م (1392) طراحی بهینه ی مخازن جدار نازک با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری، نشریه علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک. 25(1): 125-134.
[23] Arjmand M, Sheikhi Azqandi M, Delavar M (2018) Hybrid improved dolphin echolocation and ant colony optimization for optimal discrete sizing of truss structure, J Rehab Civ Eng 6(1): 70-87.
[24] شیخی ازغندی م، صفایی­فر ح (1401) بهینه­سازی عملکرد میراگر غیرخطی ضربه­ای صلب سه جرمی در ارتعاشات آزاد با روش ترکیبی فراکاوشی، مجله مهندسی مکانیک تبریز.  52 (3): 95-103.
[25] Ghoddosian A, Sheikhi Azqandi M, (2013) A Hybrid Imperialist Competitive Ant Colony Algorithm for Optimum Geometry Design of Frame Structures. Struct Eng Mech 46(3): 403-416.
[26] Safaeifar H, Sheikhi Azqandi M (2021) Optimal design of the impact damper in free vibrations of SDOF system using ICACO. Int J Opti Civ Eng 11(3): 461-479.
[27] Hosford W. F., Caddell R. M (2007) . Metal forming: mechanics and metallurgy‎, Cambridge University Press.