研究文章|
海基·马尔提卡,厄基·泰托卡里
生态增压容器的模糊优化设计
海基Martikka<一个cl作为年代="年代c-htpNat bUhGXt link" href="mailto:" aria-label="Mail Option">1年代up>和年代p一个n><年代p一个ncl作为年代="">埃尔基Taitokari<年代up>2年代p一个n>
1年代up><年代p一个n>Himtech Oy,奥尔林蒂4,54100 Joutseno,芬兰年代p一个n>
2年代up><年代p一个n>Oy scanfiber Ltd, Liisankatu 26, 55100 Imatra,芬兰年代p一个n>
摘要
gydF4y2Ba在这项研究中,基本的工程原则、目标和约束都被结合到模糊方法中,并应用于优化压力容器的设计,强调各种材料的生态和耐久性优点。本文的模糊启发式方法是将传统的分析优化方法推广到模糊多技术任务中的一种方法。在本方法中,首先确定了最终用户的目标和约束条件。然后将决策变量表示为设计变量的函数。它们的理想范围和偏差用相同的模糊满意函数形式定义。最优结果总满意度最高。然后用有限元法对其进行校核和微调。最优解决方案是生态塑料容器,铝容器接近。该方法揭示出最优依赖于生产者、社会和最终用户的预设目标和价值。
<年代p一个ncl作为年代="end-abs">1.介绍
gydF4y2Ba全球生产和使用小型不可用容器,船只和垃圾箱。因此,在马克蒂讨论的情况下,通过摇摆许多全球兆元证实,确保其生态可持续性的目标变得严重,如Marchetti讨论的全球经济周期[<一个href="#B1">1一个>].
gydF4y2Ba容器的功能是保护其中包含的材料的可用性用于所需的存储时间。内容物可以是食品,饮料,药物或其他。容器的材料和几何形状应最佳地设计以忍受预期的寿命载荷,并且在使用后也可持续可持续生物降解或可回收。本质上,容器有许多巧妙的最佳设计。所有这些都是完全可持续和生态的。
gydF4y2Ba传统的解析和解析优化方法在工程设计中既繁琐又不易应用。迪亚兹(<一个href="#B2">2一个>]的研究表明,在设计优化中使用基于模糊逻辑的目标聚合是一种适合工程设计的工具。Hundal [<一个href="#B3">3.一个>]的研究表明,考虑生态学的系统机械设计对于实现最佳的生态设计工程产品是重要的。Halada [<一个href="#B4">4一个>讨论了使用生态材料以实现可持续社会的重要性。哈桑(<一个href="#B5">5一个>]讨论了如何对墙壁结构环境选择的价值思维的应用是一个有效的Ecodesign任务的工具。okubo和fujii [<一个href="#B6">6一个>使用具有天然纤维增强件的eCocoChosites可用于获得具有良好机械性能和所需可持续性的产物。Martikka和KataJisto [<一个href="#B7">7一个>研究了获得天然纤维增强可生物降解复合材料的可能性。
gydF4y2Ba这些任务需要使用如Gibson和Ashby所讨论的细胞固体力学理论[<一个href="#B8">8一个>].Ashby讨论了机械设计中的最佳材料选择[<一个href="#B9">9一个>].Agarwal和Broutman讨论了纤维复合材料的性能分析方法[<一个href="#B10">10一个>].复合结构具有多种破坏模式,应以最优的预见方式考虑其激活。由Martikka和Pöllänen讨论了技术定律和启发式多目标优化的基本模糊公式[<一个href="#B11">11一个>].解需要用有限元模型进行验证[<一个href="#B12">12一个>].Haftka和Gurdal讨论的传统配方[<一个href="#B13">13一个>[r一个o[
gydF4y2Ba在本研究中,相同的模糊公式被一致地用于描述最终用户的目标和约束。其中一个是材料成本最小化,其他是功能几何和强度约束。这个目标聚集了产品的基因功能。许多基因组合可以导致产品个体在负载和市场竞争下具有不同的行为。通过使用有目的的生态工程设计,一个适合目标的最佳解决方案可以快速创建、设计和制造。但是,如果没有一个好的目标,任何数量的随机选择都不会找到最优结果。
gydF4y2Ba目的是制定出以一致的方式考虑所有已知需求的最佳设计方法。在概念阶段的工程优化中,大多数任务是高度非线性的,设计变量是很少和离散的。这些任务可以使用详尽的或学习增强的搜索方法轻松快速地解决。下一个目标是使用有限元模型验证结果的最优性[<一个href="#B12">12一个>].未来的目标是利用仿生学来复制自然界中已经存在的丰富的优化设计,以获得有用的设计创新。
gydF4y2Ba在任何长期的技术发展开始之前,有必要观察全球大趋势,并弄清楚是什么以及为什么一些在上升,一些在下降。图中显示了一些例子<一个href="http年代://www.newsama.com/journals/afs/2011/791687/fig1/" target="_blank">1一个>源自Marchetti [<一个href="#B1">1一个>].
3.经典优化设计方法的实用应用领域
gydF4y2Ba制定和解决优化任务的经典方法很好地接地。但与启发式和模糊配方和解决方案相比,由于需要许多数学操纵,它具有限制性的适用性。使用图中所示的案例研究模型来说明该比较<一个href="http年代://www.newsama.com/journals/afs/2011/791687/fig2/" target="_blank">2一个>.既然现在提出了高压,那么采用球形端部的容器是合理的。圆柱内的切向应力是其轴向应力的两倍,也是球面应力的两倍。
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7.2。材料设计变量
gydF4y2Ba材料设计变量选自表中所示的离散可行选项列表<一个href="http年代://www.newsama.com/journals/afs/2011/791687/tab3/" target="_blank">3.一个>.
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在本案例研究中,体积约为1升。标准选择是直径<年代vghe我ght="10。9125" id="M151" style="vertical-align:-0.17555pt;width:47.362499px;" version="1.1" viewbox="0 0 47.362499 10.9125" width="47.362499" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
<我>决策变量我><年代vghe我ght="14。7125" id="M153" style="vertical-align:-3.13504pt;width:320.96249px;" version="1.1" viewbox="0 0 320.96249 14.7125" width="320.96249" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
gydF4y2Ba这现在被简单地定义为允许应力与环向应力的比率<年代vghe我ght="10。825" id="M154" style="vertical-align:-3.21404pt;width:13.35px;" version="1.1" viewbox="0 0 13.35 10.825" width="13.35" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
<我>决策变量我><年代vghe我ght="14。7125" id="M158" style="vertical-align:-3.13504pt;width:193.27499px;" version="1.1" viewbox="0 0 193.27499 14.7125" width="193.27499" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
gydF4y2Ba期望的范围和偏差<年代p一个ncl作为年代="equation" id="EEq37"> 这有利于中档。
<我>决策变量我><年代vghe我ght="14。8625" id="M162" style="vertical-align:-3.25793pt;width:155.5625px;" version="1.1" viewbox="0 0 155.5625 14.8625" width="155.5625" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
9.算法的优化
gydF4y2Ba在概念阶段的工程优化中,大多数任务都是高度非线性的,并且设计变量很少和离散。对于这些任务,穷举或学习增强的搜索方法令人满意。用户可以从可用选择列表中选择面部材料。查看算法<一个href="http年代://www.newsama.com/journals/afs/2011/791687/alg1/" target="_blank">1一个>.
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10.优化的结果
gydF4y2Ba一些结果如图所示<一个href="http年代://www.newsama.com/journals/afs/2011/791687/fig6/" target="_blank">6一个>和表<一个href="http年代://www.newsama.com/journals/afs/2011/791687/tab4/" target="_blank">4一个>.
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