دانشکده فنی
گروه مهندسی مکانیک
گرایش طراحی کاربردی
عنوان:
طراحی بهینه پارتوئی مکانیزم شش میله ای برای تولید مسیر با بهره گرفتن از الگوریتم های تکاملی
استاد راهنما:
دکتر محمد ابراهیم فلزی
استاد مشاور:
دکتر نادر نریمان زاده
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب:
فصل1 مقدمه…………………………………………………………. 1
1-1پیشگفتار………………………………………………………….. 2
1-2 تاریخچه سنتز ابعادی……………………………………………. 3
1-3 محاسبات اولیه در بررسی مکانیزمها………………………….. 4
1-4 بهینه سازی……………………………………………………….. 4
1-4-1 تاریخچه بکارگیری بهینه سازی در مکانیزمها……………….. 5
1-4-2 مفاهیم کلی بهینه سازی…………………………………….. 7
1-4-3 فرمول بندی عمومی بهینه سازی……………………………. 9
1-5 نوآوری های پایان نامه …………………………………………….. 10
1-6 ساختار کلی پایان نامه …………………………………………… 11
فصل2 معرفی مکانیزم شش میلهای وفرمول بندی آن…………… 12
2-1 مقدمه…………………………………………………………….. 13
2-2 برخی کاربردهای مکانیزمهای شش میله ای………………… 14
2-3 تحلیل هندسی و روابط حاکم بر مکانیزم……………………… 19
2-4 نتیجه گیری و جمع بندی فصل………………………………….. 22
فصل3 روشهای بهینهسازی تک هدفه و چند هدفه……………….. 23
3-1 مقدمه…………………………………………………………….. 24
3-2 مفاهیم بهینه سازی……………………………………………. 24
3-2-1 مفاهیم بهینهسازی تک هدفه……………………………….. 24
3-2-2 تعاریف و مفاهیم بهینهسازی چند هدفه………………………25
3-3 روشهای بهینه سازی تک هدفه…………………………………. 27
3-3-1 الگوریتم ژنتیک………………………………………………….. 27
3-3-1-1 مقدمه………………………………………………………….. 27
3-3-1-2 تاریخچه…………………………………………………………. 27
3-3-1-3 ساختار الگوریتم ژنتیک……………………………………….. 28
3-3-1-4 عملگرهای ژنتیکی…………………………………………….. 28
3-3-1-5 روند کلی اجرای الگوریتم ژنتیک…………………………….. 30
3-3-2 الگوریتم تکامل تفاضلی………………………………………….. 31
3-3-2-1 مقدمه…………………………………………………………… 31
3-3-2-2 تاریخچه………………………………………………………….. 32
3-3-2-3 ساختار الگوریتم تکامل تفاضلی……………………………… 32
3-3-2-4 پارامترهاى كنترلى……………………………………………… 35
3-3-2-5 استراتژىهاى متنوع DE…………………………………………
٣-٣-٣ الگوریتم تجمعى ذره (ازدحام ذرات)……………………………. 37
٣-٣-٣-١ مقدمه…………………………………………………………… 37
٣-٣-٣-٢ تاریخچه روش بهینه سازى تجمعى ذره……………………… 37
٣-٣-٣-٣ روش بهینهسازى تجمعى ذره استاندارد…………………….. 38
٣-٣-٣-٤ شبه برنامه روش بهینه سازى تجمعى ذره استاندارد……… 40
٣-٣-٣-٥ بررسى ضریب وزن و ضرایب یادگیرى…………………………. 41
٣-٣-٤ الگوریتم تركیبى ژنتیك و تجمعى ذره……………………………. 42
٣-٣-٤-١ الگوریتم تركیبى HGAPSO……………………………………….
٣-٣-٤-٢ روش تركیبى GAPSO…………………………………………….
٣-٤ روشهاى بهینهسازى چند هدفى……………………………………45
٣-٤-١ روش بهینهسازى مرتب سازى نقاط غیر برتر نسخه دوم) NSGA-II……
٣-٤-١-١ زیربرنامه Non-Dominant Sorting (NS)……………………
٣-٤-١-٢ زیربرنامهCrowding Distance(CD)……………………………
٣-٤-١-٣ روند كلى الگوریتم NSGA-II…………………………………..
3-5 نتیجه گیری و جمعبندی فصل……………………………………… 48
فصل4 بهینه سازی مکانیزم ششمیلهای…………………………… 49
4-1 مقدمه………………………………………………………………. 50
4-2 متد کاهش کنترل شده انحراف مجاز……………………………. 51
4-3 تابع هدف……………………………………………………………. 56
4-4 سنتز بهینه مكانیزم………………………………………………. 57
4-4-1 بهینه سازی تک هدفه………………………………………….. 58
4-4-1-1 سنتز بهینه مسیر اول………………………………………… 58
4-4-1-2 سنتز بهینه مسیر دوم……………………………………….. 65
4-4-2 بهینه سازی دو هدفه……………………………………………. 72
4-4-2-1 متد کاهش کنترل شده انحراف زاویه انتقال………………… 73
4-4-2-2 نتایج بهینه سازی………………………………………………. 75
4-5 نتیجه گیری و جمعبندی فصل………………………………………. 78
فصل5 نتیجه گیری………………………………………………………. 79
5-1 نتیجه گیری………………………………………………………….. 80
مراجع…………………………………………………………………….. 81
چکیده:
در این پایان نامه ما به ارائه سنتز بهینه ابعادی مکانیزم شش میلهای با قیدهای دورانی میپردازیم. هدف از سنتز، تولید مسیر به گونهای است که تا حد امکان به مسیر مطلوب نزدیکتر باشد. از زنجیرههای شش میلهای، با هفت اتصال چرخشی، شناخته شده با یک درجه آزادی میتوان زنجیره وات و استفنسون را نام برد. دو نوع مکانیزم از زنجیره وات و سه نوع مکانیزم از زنجیره استفنسون حاصل میشود که معرفی و چند کاربرد آنها در فصل 2 پایان نامه آورده شده است.
به منظور سنتز بهینه تک هدفه مکانیزم، با در نظر گرفتن تابع خطای مسیر به عنوان تابع هدف، ترکیب الگوریتم ژنتیک و روش تجمعی ذره مورد استفاده قرار گرفته شده است و دقت نتایج خطای مسیر با آخرین نتایج در مقالات مقایسه میشود. الگوریتم چند هدفه NSGAII برای کمینه سازی همزمان دو تابع هدف مورد استفاده قرار میگیرد. دو تابع هدف با رفتار متضاد در نظر گرفته شده در این کار عبارتند از تابع خطای مسیر و انحراف زاویه انتقال از . در بهینهسازی دو هدفه با بکارگیری متد کاهش کنترل شده انحراف مجاز زاویه انتقال سرعت همگرائی تابع خطا را بالا برده و سعی در بدست آوردن جبهه پارتوئی مناسب میشود.
فصل اول: مقدمه
1-1- پیشگفتار
مکانیزم یک ابزار مکانیکی است که به منظور انتقال حرکت و یا نیرو از یک منبع به یک خروجی بکار میرود. یک اهرم بندی تشکیل شده است از اهرمها (یا میلهها) که به طور عمومی صلب در نظر گرفته میشوند و توسط اتصالاتی از قبیل پین (لولا) یا لغزندههای منشوری بطوری که زنجیرههای (حلقههای) باز یا بسته را میسازند، به یکدیگر وصل میشوند. این چنین زنجیرههای سینماتیکی که حداقل یک اهرم آن ثابت و حداقل دو اهرم دیگر متحرک باقی بماند، مکانیزم نام دارد و اگر کلیه اهرم ها ثابت باشند، آنگاه سازه نامیده میشود. به عبارت دیگر مکانیزم اجازه میدهد اهرمهای “صلب” آن نسبت به یکدیگر حرکت داشته باشند. در حالی که برای سازه این چنین نیست.
زنجیرههای سینماتیکی بخش مهم از مکانیزمها هستند که تحقیقات در زمینه آنها به دو بخش 1- آنالیز و 2- سنتز تقسیم میشود.
1- آنالیز: فرآیند بررسی حرکت همه اعضا و یا بعضی از اعضای زنجیره بر اساس پارامترهای هندسی مکانیزم میباشد.
2- سنتز: پیدا کردن یک مکانیزم که بتواند یک حرکت معین یا مسیر دلخواه را ایجاد نماید.
بطورکلی، سنتز مکانیزمها به سه بخش متفاوت: 1- سنتز نوع 2-سنتز عددی 3-سنتز ابعادی تقسیم می گردد. دو سنتز اول مربوط به نوع مکانیزم و تعداد اعضای مورد نیاز برای حرکت مکانیکی بخصوص هستند. در حالی که هدف از سنتز ابعادی پیدا کردن همه پارامترهای ابعادی یک مکانیزم برای ایجاد حرکت دلخواه میباشد. هدف ما در این تحقیق سنتز ابعادی برای یک مسیر مورد نظر میباشد.
در بررسی ابعادی سه مسئله مهم مورد بررسی قرار میگیرد که عبارتند از:
1- تولید ابعاد: هدف پیدا کردن مکانیزم برای ایجاد یک دسته از زوجها و خروجی معین میباشد.
2- تولید مسیر: هدف پیدا نمودن یک مکانیزم برای عبور عضو واسط از نقاط معین است.
3- هدایت جسم صلب: هدف پیدا نمودن مکانیزم برای عبور عضو واسط از موقعیتهای معین شده برای آن، بعنوان یک جسم صلب است.
برای سنتز یک مکانیزم گاهی از روشهای دقیق و گاهی از روش های تقریبی استفاده میگردد. سنتز دقیق به معنی حل معادلات حاکم بر مسئله به صورت دقیق میباشد و در سنتز تقریبی هدف حداقل کردن خطا برای این معادلات میباشد که سنتز بهینه اختصاص به این روش دارد.
2-1- تاریخچه سنتز ابعادی
سنتز ابعادی بخش اصلی فرآیند طراحی و اولین قدم در طراحی ماشین میباشد. به همین خاطر بیش از صد سال است که سنتز مکانیزمها، توجه بسیاری از طراحان را به سمت خود جلب کرده است. هر چند روشهای اولیه برای سنتز بصورت ترسیمی بودند اما بعدها این روشها به صورت حل دقیق تغییر یافتند.
طبیعت غیرخطی بودن معادلات سنتز مانع از رشد این روشهای دقیق برای کاربردهای مختلف میگردید که همین امر باعث شد تا تکنیکهای عددی با ظهور کامپیوترهای پر قدرت به حل این معادلات غیرخطی کمک کنند. اگرچه روشهای عددی منجر به حل تقریبی برای این معادلات میشدند ولی محدودیت برای تعداد متغیرهای طراحی باعث ایجاد یک مشکل اساسی شد. اواسط دهه ی 60 با گسترش تکنیک های محاسباتی و روشهای بهینهسازی مکانیزمها این مشکل اساسی برطرف گردید.
فوائد بسیاری در بکارگیری روشهای بهینهسازی مکانیزمها وجود دارد. برای مثال هیچ قیدی برای تعداد متغیرهای طراحی وجود ندارد. بنابراین ویژگیهایی همچون قابلیت حرکت، زاویه انتقال و… را میتوان فرمول بندی کرد و در معادله به عنوان پارامترهای طراحی محاسبه نمود. در قرن نوزدهم کمپ (1876) و برمستر[1] (1888) سنتز ابعادی را در مسائل سینماتیکی بکار گرفتند. ولی در آن زمان پیشرفت کمی در این زمینه ایجاد گردید]1[.در قرن بیستم برخی از محققان تلاش خود را در زمینه سنتز سینماتیکی با توجه به شاخه خاصی از مکانیزم بکار گرفتند. بعد از جنگ جهانی دوم، هنگامی که صنعت به سرعت رشد نمود، تقاضا برای طراحی مکانیزمهای خاص افزایش یافت. نیاز های جدید، مسائل طراحی را با بهره گرفتن از روش های قدیمی بسیار پیچیده و سخت نمود. در سال (1954) لوتیسکی[2] و شاکوزیان[3] روش حداقل مربعات را برای سنتز مکانیزمهای فضاییRSSR معرفی کردند]2[. و در سال (1955) فرودنشتین[4] یک روش تقریبی برای سنتز مکانیزمهای صفحهای چهار میلهای برای تولید تابع معرفی کرد]3[. این دو کار موجب ایجاد سبز فایل سینماتیکی معروف به سینماتیک مدرن شدند.
معادلات معروف فرودنشتاین و معادلات ورودی-خروجی برای مکانیزم RRRR صفحه ای در سال (1995) شکل گرفتند که بعدها برای سایر مکانیزمهای صفحهای گسترش یافتند و ایجاد یک رابطه کلیدی در سنتز سینماتیکی کردند]3[. بعد از این تحقیقات، فرودنشتین و سایرین بر روی یک روش سنتز، معروف به سنتز با بهره گرفتن از نقاط دقت کار کردند و موفق شدند با بهره گرفتن از چند جملهایهای تقریبی حاصله از نقاط دقت، این روش را معرفی کنند. اگرچه سنتز با بهره گرفتن از نقاط دقت برای مکانیزمهای ساده مناسب میباشد، نواقصی همچون محدودیت تعداد متغیرهای طراحی و عدم کنترل بر روی قید طراحی باعث عدم استفاده از این روش برای مکانیزمهای پیچیدهتر میگردد. اواسط دهه 60، روشهای بهینهسازی با بکارگیری برنامه های محاسباتی معرفی شدند ومسائل سنتز مکانیزمها را کنترل نمودند (فاکس[5] و ویلمورت[6] 1967)]4[. با افزایش پیشرفت در برنامه های محاسباتی بعد از جنگ جهانی دوم، کاربرد روشهای بهینهسازی به سرعت افزایش یافت و پنجره جدیدی را بر روی روشهای قدیمی سینماتیکی باز نمود.
3-1- محاسبات اولیه در بررسی مکانیزمها
تلاش محققان در مسائل مربوط به مکانیزمها مربوط به دو بخش میشود:
1- رابطه بین متغیرهای ورودی و خروجی
2- حرکت عضو یا اعضای واسطه
مورد اول مربوط به آنالیز تولید تابع میباشد و مورد دوم بررسی تولید مسیر و هدایت جسم صلب در طراحی مکانیزمها مورد بررسی قرار میگیرند. با بررسی بر روی خواص مکانیزم ششمیله ای که در این تحقیق به آن پرداخته میشود، هماننده مکانیزم پایه چهار میله ای، سه نکته عمده مرتبط با این مسائل میتوان عنوان نمود.
1- قابلیت حرکتی: که امکان دوران هر یک از عضوهای ورودی یا خروجی را بررسی می کند. چنانچه عضوی قادر به دوران 360 درجه باشد، به عنوان لنگ و در غیر اینصورت آونگ خواهد بود. و بر این اساس مکانیزمها به چهار دسته لنگ-لنگ، لنگ-آونگ، آونگ-لنگ و آونگ-آونگ تقسیمبندی میگردند.
2- بررسی شاخه: برای یک ورودی معین بیش از یک خروجی امکانپذیر میباشد یا به عبارت دیگر پیکربندیهای متفاوتی برای یک موقعیت خاص میتوان مونتاژ نمود. پس خاصیت شاخه بررسی پیکر بندیهای ممکن برای این موقعیت خاص می باشد.
3- انتقال نیرو و گشتاور: برای مکانیزم شش میلهای مورد نطر که دارای یک درجه آزادی است، این خاصیت مربوط به انتقال نیرو و گشتاور از عضو ورودی به عضو خروجی میباشد. به دلیل اینکه هر سه خاصیت ذکر شده به هندسه و ابعاد مکانیزم مربوط میشوند، باید در ابتدای سنتز مورد توجه قرار بگیرند.
[1] Ludwig Burmester
[2] N.I. Levitskii
[3] K.K. Shakvazian
[4] Freudenstein
[5] R.L.Fox
[6] K.D.Willmert
تعداد صفحه : 96
قیمت :14700 تومان
