رشته مکانیک

پایان نامه گرایش طراحی کاربردی: طراحی بهینه پارتوئی مکانیزم شش میله ای برای تولید مسیر با استفاده از …

عنوان:

طراحی بهینه پارتوئی مکانیزم شش میله ­ای برای تولید مسیر با بهره گرفتن از الگوریتمهای تکاملی

دانلود مقاله و پایان نامه

استاد راهنما:

دکتر محمد ابراهیم فلزی



متن پایان نامه :
(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:
فصل۱  مقدمه. ۱
۱-۱پیشگفتار ۲
۱-۲ تاریخچه سنتز ابعادی ۳
۱-۳ محاسبات اولیه در بررسی مکانیزم­ها ۴

پایان نامه ها

۱-۴ بهینه­سازی ۴
۱-۴-۱ تاریخچه بکارگیری بهینه­سازی در مکانیزم­ها ۵
۱-۴-۲ مفاهیم کلی بهینه­سازی ۷
۱-۴-۳ فرمول بندی عمومی بهینه­سازی ۹
۱-۵ نوآوری­های پایان ­نامه. ۱۰
۱-۶ ساختار کلی پایان ­نامه. ۱۱
فصل۲  معرفی مکانیزم شش میله­ای وفرمول بندی آن ۱۲
۲-۱ مقدمه. ۱۳
۲-۲ برخی کاربردهای مکانیزم­های شش میله­ای ۱۴
۲-۳ تحلیل هندسی و روابط حاکم بر مکانیزم. ۱۹
۲-۴ نتیجه گیری و جمع­بندی فصل ۲۲
فصل۳ روش­های بهینه­سازی تک هدفه و چند هدفه. ۲۳
۳-۱  مقدمه. ۲۴
۳-۲  مفاهیم بهینه سازی ۲۴
۳-۲-۱ مفاهیم بهینه­سازی تک هدفه. ۲۴
۳-۲-۲ تعاریف و مفاهیم بهینه­سازی چند هدفه. ۲۵
۳-۳  روش­های بهینه سازی تک هدفه. ۲۷
۳-۳-۱  الگوریتم ژنتیک. ۲۷
۳-۳-۱-۱  مقدمه. ۲۷
۳-۳-۱-۲ تاریخچه. ۲۷
۳-۳-۱-۳ ساختار الگوریتم ژنتیک. ۲۸
۳-۳-۱-۴ عملگرهای ژنتیکی ۲۸
۳-۳-۱-۵  روند کلی اجرای الگوریتم ژنتیک. ۳۰
۳-۳-۲ الگوریتم تکامل تفاضلی ۳۱
۳-۳-۲-۱ مقدمه. ۳۱
۳-۳-۲-۲ تاریخچه. ۳۲
۳-۳-۲-۳ ساختار الگوریتم تکامل تفاضلی ۳۲
۳-۳-۲-۴ پارامترهاى کنترلى ۳۵
۳-۳-۲-۵  استراتژى­هاى متنوع DE 36
٣-٣-٣ الگوریتم تجمعى ذره (ازدحام ذرات) ۳۷
٣-٣-٣-١ مقدمه. ۳۷
٣-٣-٣-٢ تاریخچه روش بهینه سازى تجمعى ذره ۳۷
٣-٣-٣-٣ روش بهینه­سازى تجمعى ذره استاندارد. ۳۸
٣-٣-٣-۴ شبه برنامه روش بهینه سازى تجمعى ذره استاندارد. ۴۰
٣-٣-٣-۵ بررسى ضریب وزن و ضرایب یادگیرى ۴۱
٣-٣-۴ الگوریتم ترکیبى ژنتیک و تجمعى ذره ۴۲
٣-٣-۴-١ الگوریتم ترکیبى HGAPSO 43
٣-٣-۴-٢ روش ترکیبى GAPSO 43
٣-۴ روش­هاى بهینه­سازى چند هدفى ۴۵
٣-۴-١ روش بهینه­سازى مرتب سازى نقاط غیر برتر نسخه دوم) NSGA-II ( 45
٣-۴-١-١ زیربرنامه   Non-Dominant Sorting (NS) 46
٣-۴-١-٢ زیربرنامهCrowding Distance(CD) 46
٣-۴-١-٣ روند کلى الگوریتم NSGA-II. 47
۳-۵ نتیجه گیری و جمع­بندی فصل ۴۸
فصل۴   بهینه­سازی مکانیزم شش­میله­ای ۴۹
۴-۱ مقدمه. ۵۰
۴-۲ متد کاهش کنترل شده انحراف مجاز ۵۱
۴-۳ تابع هدف ۵۶
۴-۴  سنتز بهینه مکانیزم. ۵۷
۴-۴-۱ بهینه سازی تک هدفه. ۵۸
۴-۴-۱-۱ سنتز بهینه مسیر اول. ۵۸
۴-۴-۱-۲ سنتز بهینه مسیر دوم. ۶۵
۴-۴-۲ بهینه سازی دو هدفه. ۷۲
۴-۴-۲-۱ متد کاهش کنترل شده انحراف زاویه انتقال. ۷۳
۴-۴-۲-۲ نتایج بهینه سازی ۷۵
۴-۵ نتیجه گیری و جمع­بندی فصل ۷۸
فصل۵   نتیجه گیری ۷۹
۵-۱ نتیجه گیری ۸۰
مراجع. ۸۱
 
فهرست جدول­ها
جدول ۴-۱ ثابت­های بکار گرفته شده در بهینه­سازی برای مسیر اول  58
جدول ۴-۲ حدود تعیین شده متغیرهای طراحی برای مسیر اول. ۵۹
جدول ۴-۳ مکانیزم­های بدست آمده از چهار الگوریتم برای مسیر اول به روش اول. ۶۱
جدول ۴-۴ مکانیزم بدست آمده از سه الگوریتم برای مسیر اول به روش دوم. ۶۴
جدول ۴-۵ حداکثر انحرافات مجاز برای سه الگوریتم ژنتیک، ازدحام ذرات وGAPSO  برای مسیر اول به روش دوم. ۶۴
جدول ۴-۶ ثابت­های بکار گرفته شده در بهینه­سازی برای مسیر دوم. ۶۶
جدول ۴-۷ حدود تعیین شده متغیرهای طراحی مسیر دوم. ۶۶
جدول ۴-۸ مکانیزم­های بدست آمده از دو الگوریتم تکامل تفاضلی وGAPSO  برای مسیر دوم  به روش اول. ۶۸
جدول ۴-۹ مکانیزم بدست آمده از الگوریتم GAPSO برای مسیر دوم به روش دوم. ۷۰
جدول ۴-۱۰ حداکثر انحرافات مجاز الگوریتم تکامل تفاضلی وGAPSO  برای مسیر دوم به روش دوم. ۷۱
جدول ۴-۱۱ ثابت­های بدست آمده برای چهار مکانیزم C,B,A وD ومقادیر خطای هریک. ۷۶
 
فهرست شکل­ها
شکل۲-۱: مکانیزم وات نوع اول. ۱۳
شکل۲-۲: مکانیزم وات نوع دوم. ۱۳
شکل۲-۳: مکانیزم استفن­سون نوع اول. ۱۳
شکل۲-۴: مکانیزم استفن­سون نوع دوم. ۱۳
شکل۲-۵: مکانیزم استفن­سون نوع سوم. ۱۴
شکل۲-۶: تولید نوارهای مغناطیسی ۱۵
شکل۲-۷: مکانیزم استفن­سون نوع سوم برای هدایت نوار مغناطیسی ۱۶
شکل۲-۸: مکانیزم شش میله­ای پروتز زانو کشیده صفر درجه. ۱۷
شکل۲-۹: مکانیزم شش میله­ای پروتز زانو خمش کامل ۱۷
شکل۲-۱۰: مکانیزم تغزیه، وات نوع دوم. ۱۷
شکل۲-۱۱: مکانیزم شش میله­ای استفن­سون نوع سوم برای تولید مسیر. ۱۸
شکل۲-۱۲: چهار موقعیت بعدی مکانیزم در تولید مسیر. ۱۹
شکل۲-۱۳: هندسه مکانیزم شش میله­ای استفن­سون نوع سوم]۲۷[. ۲۰
شکل۳-۱: مفهوم برتری در فضای دو هدفی، ذره a بر بقیه ذرات برتری دارد. ۲۶
شکل۳-۲: جبهه پارتو مجموعه ­ای از جواب­ها در فضای دو هدفه. ۲۷
شکل۳-۳: عملگر ترکیب در الگوریتم ژنتیک. ۲۹
شکل۳-۴: عملگر جهش در الگوریتم ژنتیک. ۳۰
شکل۳-۵: روند کلی یک الگوریتم ژنتیک استاندارد. ۳۱
شکل۳-۶: مثالی از یک تابع هزینه دو بعدی برای تولید ۳۳
شکل۳-۷: فرآیند ادغام ۷ بعدی ۳۴
شکل۳-۸: روند کلی الگوریتم تکامل تفاضلی ۳۵
شکل۳-۹: چگونگی حرکت ذره در روش تجمعی ۴۰
شکل۳-۱۰: شبه برنامه روش تجمعی ذره ۴۱
شکل۳-۱۱: شبه برنامه روش GAPSO 45
شکل۳-۱۲: نحوه محاسبه معیار ازدحام جمعیت در NSGA-II. 47
شکل۳-۱۳: نمای کلی از عملکرد الگوریتم NSGA-II. 48
شکل۴-۱ : تولید مسیر توسط مکانیزم شش میله­ای ۵۱
شکل۴-۲: تابع  qام مکانیزم اطراف بازه انحراف مجاز ۵۳
شکل۴-۳: تابع شکل(a) و تابع موقعیت(b) 53
شکل۴-۴: الگوریتم کاهش کنترلشده انحراف مجاز ۵۴
شکل۴-۵: کاهش مرز مجاز برای بخش خط راست مسیر. ۵۵
شکل۴-۶: کاهش مرز مجاز برای بخش قطاعی(دایروی) مسیر. ۵۵
شکل۴-۷: تجزیه قسمتی از مسیر به دو بخش خط راست و قطاع دایروی ۵۸
شکل۴-۸: شبه الگوریتم شرط کاهش انحراف مجاز ۶۰
شکل۴-۹: مسیر مطلوب اول و نقاط دقت بدست آمده از مکانیزم بهینه شده توسط GAPSO به روش اول. ۶۱
شکل۴-۱۰: مسیر مطلوب اول و نقاط دقت بدست آمده از مکانیزم بهینه شده توسط GAPSO با روش دوم تعیین متغیرطراحی   65
شکل۴-۱۱: مقایسه فاصله مسیر بدست آمده الگوریتم DE وGAPSO از مسیر مطلوب با بزرگنمایی ۶۵
شکل۴-۱۲: مسیر مطلوب دوم که توسط مکانیزم طی می­شود. ۶۶
شکل۴-۱۳: مسیر مطلوب دوم و نقاط دقت بدست آمده از مکانیزم بهینه شده توسط GAPSO به روش اول. ۶۹
شکل۴-۱۴: مسیر مطلوب دوم و نقاط دقت بدست آمده از مکانیزم بهینه شده توسط GAPSO با روش دوم تعیین متغیرطراحی   71
شکل۴-۱۵: مقایسه فاصله مسیر بدست آمده الگوریتم DE وGAPSO از مسیر مطلوب با بزرگنمایی ۷۱
شکل ۴-۱۶: کاهش بازه مجاز زاویه انتقال. ۷۳
شکل ۴-۱۷: شبه الگوریتم کاهش انحراف مجاز زاویه انتقال. ۷۴
شکل ۴-۱۸: برتری جبهه پارتو به روش کاهش کنترل شده انحراف مجاز زاویه انتقال بر جبهه پرتو بدون بکارگیری این روش. ۷۴
شکل ۴-۱۹: جبهه پارتوئی بدست آمده از الگوریتم ژنتیک چند هدفه. ۷۵
شکل ۴-۲۰: جبهه پارتوئی بدست آمده از الگوریتم ژنتیک چند هدفه با بزرگنمایی و حذف نقاط با خطای مسیر بیشتر از ۴۰۰٫ ۷۶
شکل ۴-۲۱: برتری نقطه A بر بهترین نتیجهDE 77
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 ۲ 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.
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 ۱- آنالیز و ۲- سنتز تقسیم می­شود.

  • آنالیز: فرآیند بررسی حرکت همه اعضا و یا بعضی از اعضای زنجیره بر اساس پارامترهای هندسی مکانیزم می­باشد.
  • سنتز: پیدا کردن یک مکانیزم که بتواند یک حرکت معین یا مسیر دلخواه را ایجاد نماید.

بطور­کلی، سنتز مکانیزم­ها به سه بخش متفاوت: ۱- سنتز نوع ۲-سنتز عددی ۳-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.

99