33177

بهينه‌سازي چند هدفه ساختار تابعي مدرج ديسك چرخان با استفاده از تئوري الاستيسيته سه بعدي و مطالعه تطبيقي آن بر روي چرخ عكس‌العملي

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا- فناوري ماهواره

1400

1403/7/15

مجيد بختياري

/

دانشكده فناوري‌هاي نوين

در اين پژوهش، به بررسي و بهينه‌سازي چندهدفه ساختار تابعي مدرج ديسك چرخان با استفاده از تئوري الاستيسيته سه‌بعدي پرداخته شده است. هدف از اين مطالعه، تحليل رفتار مكانيكي و حرارتي ديسك‌هاي چرخان تابعي مدرج و بهينه‌سازي آن‌ها با هدف كاهش تنش ون مايسز و وزن ساختار است. به‌علاوه، يك مطالعه تطبيقي بر روي عملكرد چرخ‌هاي عكس‌العملي به عنوان يكي از اجزاي كليدي در سيستم‌هاي كنترل وضعيت ماهواره‌ها انجام شده است. ابتدا، مدل‌سازي ترموالاستيك ديسك چرخان تابعي مدرج با در نظر گرفتن تغييرات تدريجي خواص مكانيكي و حرارتي در راستاي شعاعي انجام شد. سپس، با استفاده از تئوري الاستيسيته سه‌بعدي و يك روش نيمه تحليلي، تحليل تنش‌ها و تغييرات دما در ديسك تحت بارگذاري مكانيكي و حرارتي صورت گرفت. نتايج نشان دادند كه ديسك‌هاي تابعي مدرج به دليل توزيع يكنواخت‌تر تنش‌ها، عملكرد بهتري نسبت به ديسك‌هاي همگن دارند. در مرحله بعد، با استفاده از الگوريتم ژنتيك، بهينه‌سازي چندهدفه ديسك‌ها براي كاهش تنش ون مايسز و وزن انجام شد. نتايج بهينه‌سازي نشان دادند كه امكان دستيابي به طراحي بهينه با توجه به هر دو معيار وجود دارد و ديسك‌هاي تابعي مدرج مي‌توانند تعادل بهتري بين استحكام و وزن برقرار كنند. در پايان، مطالعه تطبيقي بر روي چرخ‌هاي عكس‌العملي نشان داد كه استفاده از مواد تابعي مدرج در اين چرخ‌ها مي‌تواند منجر به بهبود عملكرد، كاهش وزن و افزايش مقاومت در برابر تنش‌هاي مكانيكي و حرارتي شود. اين نتايج نشان‌دهنده اهميت استفاده از مواد پيشرفته در طراحي سيستم‌هاي كنترل وضعيت ماهواره‌ها و فضاپيماهاست.

1404/01/01

Multi-objective optimization of a functionally graded rotating disc structure using 3D elasticity theory and its comparative study on reaction wheels

10/6/2025 12:00:00 AM

In this research, a multi-objective optimization of a functionally graded rotating disc structure is investigated using 3D elasticity theory. The study aims to analyze the mechanical and thermal behavior of functionally graded rotating discs (FGMs) and optimize them with the goals of reducing von Mises stress and minimizing the weight of the structure. Additionally, a comparative study on the performance of reaction wheels, key components in satellite attitude control systems, is conducted. First, a thermoelastic modeling of the functionally graded rotating disc is performed, considering the gradual variation of mechanical and thermal properties along the radial direction. Using 3D elasticity theory and numerical methods, the stresses and temperature distribution in the disc under mechanical and thermal loading are analyzed. The results show that functionally graded discs exhibit superior performance in terms of stress distribution compared to homogeneous discs. Next, a multi-objective optimization using a genetic algorithm is performed to reduce von Mises stress and minimize weight. The optimization results indicate that it is possible to achieve an optimal design considering both criteria, and functionally graded discs can provide a better balance between strength and weight. Finally, a comparative study on reaction wheels shows that the use of functionally graded materials in these wheels can lead to improved performance, weight reduction, and increased resistance to mechanical and thermal stresses. These findings highlight the importance of using advanced materials in the design of satellite attitude control systems and spacecraft components.

ديسك تابعي مدرج , چرخ عكس العملي , تئوري الاستيسيته سه بعدي

Functionally Graded Disk , Reaction wheel , 3D Elasticity Theory

Erfan Entezami

Dr. MAjid Bakhtiyari