بهینه سازی چندفیزیکی تیرهای سیاه چاله صوتی دوار با در نظر گرفتن کوپلینگ ویسکوالاستیک-حرارتی و یکپارچگی سازه ای

در این پژوهش، یک مدل دینامیکی چندفیزیکی بر پایه روش ریلی-ریتز برای تحلیل ارتعاشات آزاد و اجباری تیر دورانی مجهز به سیاهچاله آکوستیکی (ABH) و لایه ویسکوالاستیک محدودکننده ارائه شده است. در مدل پیشنهادی، رفتار حرارتی-ارتعاشی سیستم بر اساس نرخ تلفات انرژی مکانیکی و محاسبه دمای موثر عملیاتی به صورت کوپل شده لحاظ شده است. اثرات هم زمان سخت شوندگی گریز از مرکز (Centrifugal Stiffening) و نرم شوندگی چرخشی (Spin Softening) در تدوین معادلات حرکت منضم گردیده اند. اعتبارسنجی مدل عددی از طریق مقایسه فرکانس های طبیعی و پاسخ های فرکانسی با الگوی المان محدود (آباکوس) نشان دهنده دقت بالای روش با حداکثر خطای نسبی ۰.۳۶۹٪ در مودهای خمشی خارج صفحه است. تحلیل حساسیت پارامتری و بهینه سازی تابع هدف با الگوریتم ژنتیک نشان می دهد که توان پروفیل ABH در محدوده بهینه m≈۳.۲۴بیشترین چگالی انرژی و تمرکز موج را ایجاد می کند. بررسی رفتارهای حرارتی نشان می دهد که اگرچه سازه در تمامی سرعت های دورانی از نظر حرارتی و دینامیکی پایدار باقی می ماند، اما کارایی بهینه میرایی صرفا در یک پنجره حرارتی-عملیاتی مشخص حاصل می شود. همچنین با اعمال قید تنش مجاز استاتیکی و دینامیکی، ریسک تمرکز تنش در نوک نازک ABH به حداقل رسیده است. نتایج این تحقیق، یک مدل محاسباتی اولیه و سریع را برای پیش بینی رفتار کلی ترمومکانیکی تیرهای دوار مجهز به ABH ارائه می دهد که می تواند به عنوان ابزاری کارآمد برای ارزیابی های اولیه هندسی در فاز طراحی مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

سیاهچاله صوتیABH ، تیر دوار ، مدل ویسکوالاستیک WLF ، روش ریتز ، بهینه سازی مقید به تنش ، ارتعاشات سازه