نشكرك على زيارة موقع Nature.com. أنت تستخدم نسخة متصفح ذات دعم محدود لـ CSS. أنبوب ملفوف من الفولاذ المقاوم للصدأ. للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح مُحدّث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer). بالإضافة إلى ذلك، ولضمان استمرار الدعم، نعرض الموقع بدون أنماط CSS وجافا سكريبت.
يعرض شريطًا دائريًا من ثلاث شرائح في وقت واحد. استخدم زري "السابق" و"التالي" للتنقل بين الشرائح الثلاث في كل مرة، أو استخدم أزرار التمرير في النهاية للتنقل بين الشرائح الثلاث في كل مرة.
في هذه الدراسة، تم اعتبار تصميم نوابض الالتواء والضغط لآلية طي الأجنحة المستخدمة في الصاروخ، والمصنوعة من أنابيب ملفوفة من الفولاذ المقاوم للصدأ، مسألة تحسين. بعد خروج الصاروخ من أنبوب الإطلاق، يجب فتح الأجنحة المغلقة وتثبيتها لفترة زمنية محددة. هدفت الدراسة إلى تعظيم الطاقة المخزنة في النوابض لضمان فتح الأجنحة في أقصر وقت ممكن. في هذه الحالة، تم تعريف معادلة الطاقة في كلا المنشورين كدالة هدف في عملية التحسين. تم تحديد قطر السلك، وقطر الملف، وعدد اللفات، ومعاملات الانحراف اللازمة لتصميم النابض كمتغيرات تحسين. توجد حدود هندسية على المتغيرات نظرًا لحجم الآلية، بالإضافة إلى حدود على عامل الأمان نظرًا للحمل الذي تتحمله النوابض. تم استخدام خوارزمية نحل العسل (BA) لحل مسألة التحسين هذه وتصميم النابض. تفوقت قيم الطاقة التي تم الحصول عليها باستخدام خوارزمية نحل العسل على تلك التي تم الحصول عليها من دراسات تصميم التجارب (DOE) السابقة. تم تحليل النوابض والآليات المصممة باستخدام المعايير المُستخلصة من عملية التحسين، أولاً، في برنامج ADAMS. بعد ذلك، أُجريت اختبارات تجريبية بدمج النوابض المُصنّعة في آليات حقيقية. ونتيجةً للاختبار، لوحظ أن الأجنحة انفتحت بعد حوالي 90 مللي ثانية، وهي قيمة أقل بكثير من الهدف المحدد للمشروع وهو 200 مللي ثانية. علاوة على ذلك، لا يتجاوز الفرق بين النتائج التحليلية والتجريبية 16 مللي ثانية.
تُعدّ آليات طي الأنابيب الملفوفة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بالغة الأهمية في الطائرات والمركبات البحرية. تُستخدم هذه الأنظمة في تعديلات الطائرات وتحويلاتها لتحسين أداء الطيران والتحكم. وبحسب نمط الطيران، تُطوى الأجنحة وتُفتح بطرق مختلفة لتقليل التأثير الديناميكي الهوائي¹. يُمكن تشبيه هذه الحالة بحركات أجنحة بعض الطيور والحشرات أثناء الطيران والغوص. وبالمثل، تُطوى وتُفتح الطائرات الشراعية في الغواصات لتقليل التأثيرات الهيدروديناميكية وزيادة سهولة التحكم³. ومن الأغراض الأخرى لهذه الآليات توفير مزايا حجمية لأنظمة مثل طي مروحة المروحية⁴ للتخزين والنقل. كما تُطوى أجنحة الصاروخ أيضًا لتقليل مساحة التخزين، ما يسمح بوضع عدد أكبر من الصواريخ على مساحة أصغر من منصة الإطلاق⁵. عادةً ما تكون النوابض هي المكونات الأكثر فعالية في الطي والفتح. ففي لحظة الطي، تُخزّن الطاقة فيها وتُطلق في لحظة الفتح. وبفضل بنيتها المرنة، تتساوى الطاقة المُخزّنة والمُطلقة. يُصمّم النابض أساسًا للنظام، ويُمثّل هذا التصميم تحديًا من حيث التحسين⁶. لأنه على الرغم من أنه يشمل متغيرات مختلفة مثل قطر السلك، وقطر الملف، وعدد اللفات، وزاوية الحلزون، ونوع المادة، إلا أن هناك أيضًا معايير مثل الكتلة، والحجم، والحد الأدنى لتوزيع الإجهاد أو أقصى قدر من توافر الطاقة7.
تُسلط هذه الدراسة الضوء على تصميم وتحسين النوابض المستخدمة في آليات طي الأجنحة في أنظمة الصواريخ. فقبل انطلاق الصاروخ، تبقى الأجنحة مطوية على سطحه داخل أنبوب الإطلاق، وبعد خروجها منه، تنفتح لفترة معينة وتبقى مضغوطة على السطح. تُعد هذه العملية بالغة الأهمية لضمان الأداء السليم للصاروخ. في آلية الطي المُطورة، يتم فتح الأجنحة بواسطة نوابض الالتواء، بينما يتم تثبيتها بواسطة نوابض الضغط. ولتصميم نابض مناسب، لا بد من إجراء عملية تحسين. وتوجد تطبيقات متنوعة في مجال تحسين النوابض في المراجع العلمية.
عرّف باريديس وآخرون⁸ عامل أقصى عمر للإجهاد كدالة هدف لتصميم النوابض الحلزونية، واستخدموا طريقة شبه نيوتن كطريقة للتحسين. وتم تحديد متغيرات التحسين على أنها قطر السلك، وقطر اللفة، وعدد اللفات، وطول النابض. ومن المعايير الأخرى لبنية النابض المادة المصنوع منها، ولذلك أُخذ هذا في الاعتبار في دراسات التصميم والتحسين. أما زبدي وآخرون⁹ فقد حددوا أهدافًا تتمثل في أقصى صلابة وأقل وزن في دالة الهدف في دراستهم، حيث كان عامل الوزن مهمًا. وفي هذه الحالة، عرّفوا مادة النابض وخصائصه الهندسية كمتغيرات، واستخدموا خوارزمية جينية كطريقة للتحسين. وفي صناعة السيارات، يُعد وزن المواد ذا أهمية بالغة في جوانب عديدة، بدءًا من أداء المركبة وصولًا إلى استهلاك الوقود. ويُعدّ تقليل الوزن أثناء تحسين النوابض الحلزونية لأنظمة التعليق موضوعًا معروفًا¹⁰. حدد باهشيش وباهشيش (11) موادًا مثل الألياف الزجاجية من نوع E والكربون والكيفلار كمتغيرات في عملهما ضمن بيئة ANSYS بهدف تحقيق أقل وزن وأقصى قوة شد في تصميمات مختلفة من النوابض المركبة المعلقة. تُعد عملية التصنيع بالغة الأهمية في تطوير النوابض المركبة، ولذلك، تدخل متغيرات عديدة في عملية التحسين، مثل طريقة الإنتاج، والخطوات المُتخذة في العملية، وتسلسل تلك الخطوات (12، 13). عند تصميم النوابض للأنظمة الديناميكية، يجب مراعاة الترددات الطبيعية للنظام. يُوصى بأن يكون التردد الطبيعي الأول للنابض أعلى من التردد الطبيعي للنظام بمقدار 5 إلى 10 أضعاف على الأقل لتجنب الرنين (14). قرر تاكتاك وآخرون (7) تقليل كتلة النابض وزيادة التردد الطبيعي الأول كدوال هدف في تصميم النابض الحلزوني. استخدموا طرق البحث عن الأنماط، والنقاط الداخلية، والمجموعة النشطة، والخوارزمية الجينية في أداة التحسين Matlab. يُعد البحث التحليلي جزءًا من أبحاث تصميم النوابض، وتُعد طريقة العناصر المحدودة شائعة في هذا المجال (15). قام باتيل وآخرون (16) بتطوير طريقة مثلى لتقليل وزن نابض حلزوني ضاغط باستخدام إجراء تحليلي، واختبروا المعادلات التحليلية باستخدام طريقة العناصر المحدودة. ومن المعايير الأخرى لزيادة فعالية النابض زيادة الطاقة التي يمكنه تخزينها، مما يضمن أيضًا احتفاظه بفعاليته لفترة طويلة. ويسعى راهول وراميشكومار (17) إلى تقليل حجم النابض وزيادة طاقة الانفعال في تصميمات نوابض السيارات الحلزونية، وقد استخدموا أيضًا الخوارزميات الجينية في أبحاث التحسين.
كما هو واضح، تختلف معايير دراسة التحسين من نظام لآخر. عمومًا، تُعدّ معايير الصلابة وإجهاد القص مهمة في النظام الذي يُمثّل فيه الحمل الذي يحمله العامل الحاسم. ويُؤخذ اختيار المواد في الاعتبار عند تحديد حدّ الوزن باستخدام هذين المعيارين. من جهة أخرى، تُفحص الترددات الطبيعية لتجنّب الرنين في الأنظمة عالية الديناميكية. وفي الأنظمة التي تُؤخذ فيها المنفعة بعين الاعتبار، يُسعى إلى تعظيم الطاقة. في دراسات التحسين، على الرغم من استخدام طريقة العناصر المحدودة (FEM) للدراسات التحليلية، إلا أنه يُلاحظ استخدام خوارزميات ما وراء الاستدلال، مثل الخوارزمية الجينية^14،18 وخوارزمية الذئب الرمادي¹⁹، جنبًا إلى جنب مع طريقة نيوتن الكلاسيكية ضمن نطاق معايير مُحدّدة. وقد طُوّرت خوارزميات ما وراء الاستدلال استنادًا إلى أساليب التكيّف الطبيعي التي تقترب من الحالة المثلى في فترة زمنية قصيرة، لا سيما تحت تأثير المجموعة^20،21. ومع التوزيع العشوائي للمجموعة في منطقة البحث، تتجنّب هذه الخوارزميات الحلول المثلى المحلية وتتّجه نحو الحلول المثلى العالمية²². ولذلك، فقد شاع استخدامها في السنوات الأخيرة في سياق المشكلات الصناعية الواقعية^23،24.
تتمثل الحالة الحرجة لآلية الطي المطورة في هذه الدراسة في أن الأجنحة، التي كانت في وضع الإغلاق قبل الطيران، تنفتح بعد فترة زمنية محددة من خروجها من الأنبوب. بعد ذلك، يقوم عنصر القفل بمنع الجناح من الانغلاق. وبالتالي، لا تؤثر النوابض بشكل مباشر على ديناميكيات الطيران. في هذه الحالة، كان الهدف من التحسين هو تعظيم الطاقة المخزنة لتسريع حركة النابض. تم تحديد قطر اللفة، وقطر السلك، وعدد اللفات، والانحراف كمعايير للتحسين. نظرًا لصغر حجم النابض، لم يُعتبر الوزن هدفًا. لذلك، تم تحديد نوع المادة على أنه ثابت. تم تحديد هامش الأمان للتشوهات الميكانيكية كقيد حرج. بالإضافة إلى ذلك، تم تضمين قيود الحجم المتغير في نطاق الآلية. تم اختيار طريقة BA الاستكشافية الميتاهوريستية كطريقة للتحسين. تم تفضيل BA لبنيتها المرنة والبسيطة، ولتقدمها في أبحاث التحسين الميكانيكي. في الجزء الثاني من الدراسة، تم تضمين تعبيرات رياضية مفصلة في إطار التصميم الأساسي وتصميم النابض لآلية الطي. يتضمن الجزء الثالث خوارزمية التحسين ونتائجها. ويُجري الفصل الرابع تحليلاً باستخدام برنامج ADAMS، حيث يتم تحليل مدى ملاءمة النوابض قبل الإنتاج. ويحتوي القسم الأخير على نتائج التجارب وصور الاختبارات. كما تمت مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها في هذه الدراسة مع أعمال سابقة للمؤلفين باستخدام منهجية تصميم التجارب (DOE).
ينبغي أن تنطوي الأجنحة التي طُوّرت في هذه الدراسة باتجاه سطح الصاروخ. وتدور الأجنحة من وضعية الطي إلى وضعية الفتح. ولتحقيق ذلك، طُوّرت آلية خاصة. يوضح الشكل 1 وضعية الطي والفتح في نظام إحداثيات الصاروخ.
يوضح الشكل 2 مقطعًا عرضيًا للآلية. تتكون الآلية من عدة أجزاء ميكانيكية: (1) الجسم الرئيسي، (2) عمود الجناح، (3) المحمل، (4) جسم القفل، (5) جلبة القفل، (6) دبوس التوقف، (7) نابض الالتواء، و(8) نوابض الضغط. يتصل عمود الجناح (2) بنابض الالتواء (7) عبر جلبة القفل (4). تدور الأجزاء الثلاثة جميعها في آنٍ واحد بعد إطلاق الصاروخ. بهذه الحركة الدورانية، تستقر الأجنحة في وضعها النهائي. بعد ذلك، يُفعَّل الدبوس (6) بواسطة نابض الضغط (8)، مما يؤدي إلى إيقاف آلية جسم القفل (4) بالكامل.
يُعدّ معامل المرونة (E) ومعامل القص (G) من أهمّ معايير تصميم الزنبرك. في هذه الدراسة، تمّ اختيار سلك فولاذي عالي الكربون (سلك موسيقي ASTM A228) كمادة للزنبرك. تشمل المعايير الأخرى قطر السلك (d)، ومتوسط ​​قطر اللفة (Dm)، وعدد اللفات (N)، وانحراف الزنبرك (xd لزنبركات الضغط وθ لزنبركات الالتواء)²⁶. يمكن حساب الطاقة المخزّنة لزنبركات الضغط (SE_x) وزنبركات الالتواء (SE_θ) من المعادلتين (1) و(2)²⁶. (قيمة معامل القص (G) لزنبرك الضغط هي 83.7 × 10⁹ باسكال، وقيمة معامل المرونة (E) لزنبرك الالتواء هي 203.4 × 10⁹ باسكال).
تُحدد الأبعاد الميكانيكية للنظام القيود الهندسية للنابض بشكل مباشر. بالإضافة إلى ذلك، يجب مراعاة الظروف التي سيُوضع فيها الصاروخ. تُحدد هذه العوامل حدود معلمات النابض. ومن القيود المهمة الأخرى عامل الأمان. وقد وُصف تعريف عامل الأمان بالتفصيل في مرجع شيجلي وآخرون²⁶. يُعرَّف عامل أمان نابض الضغط (SFC) بأنه أقصى إجهاد مسموح به مقسومًا على الإجهاد على طول النابض. ويمكن حساب SFC باستخدام المعادلات (3) و(4) و(5) و(6)²⁶. (بالنسبة لمادة النابض المستخدمة في هذه الدراسة، فإن إجهاد الشد (S_sy) يساوي 980 ميجا باسكال). يُمثل F القوة في المعادلة، بينما يُمثل KB عامل بيرغشتراسر²⁶.
يُعرَّف معامل أمان الالتواء للنابض (SFT) بأنه حاصل قسمة M على k. ويمكن حساب SFT من المعادلات (7) و(8) و(9) و(10). (بالنسبة للمادة المستخدمة في هذه الدراسة، S_y = 1600 ميجا باسكال). في هذه المعادلات، يُستخدم M لعزم الدوران، وk' لعزم النابض (عزم الدوران/الدوران)، وKi معامل تصحيح الإجهاد.
الهدف الرئيسي للتحسين في هذه الدراسة هو تعظيم طاقة الزنبرك. تمت صياغة دالة الهدف لإيجاد \(\overrightarrow{\{X\}}\) التي تُعظّم \(f(X)\). \({f}_{1}(X)\) و \({f}_{2}(X)\) هما دالتا طاقة زنبرك الضغط والالتواء، على التوالي. تُبيّن المعادلات التالية المتغيرات والدوال المحسوبة المستخدمة في التحسين.
تُبيّن المعادلات التالية القيود المختلفة المفروضة على تصميم الزنبرك. تمثل المعادلتان (15) و(16) معاملات الأمان لزنبركات الضغط والالتواء على التوالي. في هذه الدراسة، يجب أن يكون معامل الأمان للزنبرك (SFC) أكبر من أو يساوي 1.2، ويجب أن يكون معامل الأمان للزنبرك (SFT) أكبر من أو يساوي θ26.
استُلهمت خوارزمية البحث عن حبوب اللقاح (BA) من استراتيجيات النحل في البحث عن حبوب اللقاح²⁷. يبحث النحل عن حبوب اللقاح بإرسال عدد أكبر من النحلات الباحثة إلى حقول حبوب اللقاح الخصبة، وعدد أقل إلى الحقول الأقل خصوبة. وبذلك، تتحقق أعلى كفاءة ممكنة من تعداد النحل. من جهة أخرى، يستمر النحل الكشاف في البحث عن مناطق جديدة لحبوب اللقاح، وإذا وُجدت مناطق أكثر إنتاجية من ذي قبل، فسيتم توجيه عدد كبير من النحلات الباحثة إلى هذه المنطقة الجديدة²⁸. تتكون خوارزمية البحث عن حبوب اللقاح من جزأين: البحث المحلي والبحث العالمي. يبحث البحث المحلي عن المزيد من التجمعات القريبة من الحد الأدنى (المواقع النخبوية)، كما يفعل النحل، ويقل البحث عن المواقع الأخرى (المواقع المثلى أو المختارة). يُجرى بحث عشوائي في جزء البحث العالمي، وإذا تم العثور على قيم جيدة، تُنقل المحطات إلى جزء البحث المحلي في التكرار التالي. تحتوي الخوارزمية على بعض المعلمات: عدد النحل الكشاف (n)، وعدد مواقع البحث المحلي (m)، وعدد المواقع النخبوية (e)، وعدد النحلات الباحثة في المواقع النخبوية (nep)، وعدد النحلات الباحثة في المناطق المثلى. الموقع (nsp)، وحجم الجوار (ngh)، وعدد التكرارات (I)29. يظهر رمز BA الزائف في الشكل 3.
تحاول الخوارزمية العمل ضمن النطاق \({g}_{1}(X)\) و\({g}_{2}(X)\). ونتيجةً لكل تكرار، تُحدد القيم المثلى، ويتم تجميع مجموعة من العناصر حول هذه القيم في محاولة للحصول على أفضل القيم. تُفحص القيود في قسمي البحث المحلي والعالمي. في البحث المحلي، إذا كانت هذه العوامل مناسبة، تُحسب قيمة الطاقة. إذا كانت قيمة الطاقة الجديدة أكبر من القيمة المثلى، تُضاف القيمة الجديدة إلى القيمة المثلى. إذا كانت أفضل قيمة تم العثور عليها في نتيجة البحث أكبر من العنصر الحالي، يُضاف العنصر الجديد إلى المجموعة. يوضح الشكل 4 مخطط كتلة البحث المحلي.
يُعدّ حجم المجموعة أحد المعايير الرئيسية في خوارزمية البحث التطوري. وقد أظهرت الدراسات السابقة أن زيادة حجم المجموعة يقلل من عدد التكرارات المطلوبة ويزيد من احتمالية النجاح. مع ذلك، يزداد عدد التقييمات الوظيفية أيضًا. لا يؤثر وجود عدد كبير من المواقع المتميزة بشكل ملحوظ على الأداء. يمكن أن يكون عدد المواقع المتميزة منخفضًا إذا لم يكن صفرًا. عادةً ما يُختار حجم مجموعة النحل الكشاف (n) بين 30 و100. في هذه الدراسة، تم تشغيل سيناريوهين، أحدهما بـ 30 والآخر بـ 50، لتحديد العدد المناسب (الجدول 2). تُحدد المعايير الأخرى بناءً على حجم المجموعة. يُمثل عدد المواقع المختارة (m) حوالي 25% من حجم المجموعة، ويُمثل عدد المواقع المتميزة (e) من بين المواقع المختارة 25% من m. تم اختيار عدد النحل المُغذّي (عدد عمليات البحث) ليكون 100 للمواقع المتميزة و30 للمواقع المحلية الأخرى. يُعدّ البحث في الجوار المفهوم الأساسي لجميع الخوارزميات التطورية. في هذه الدراسة، استُخدمت طريقة الجوار المتناقص. تُقلل هذه الطريقة حجم الجوار بمعدل معين خلال كل تكرار. في التكرارات اللاحقة، يمكن استخدام قيم جوار أصغر (30) لإجراء بحث أكثر دقة.
لكل سيناريو، أُجريت عشر تجارب متتالية للتحقق من قابلية تكرار خوارزمية التحسين. يوضح الشكل 5 نتائج تحسين زنبرك الالتواء للمخطط 1، بينما يوضح الشكل 6 نتائج المخطط 2. كما ترد بيانات الاختبار في الجدولين 3 و4 (يوجد جدول يحتوي على نتائج زنبرك الضغط في المعلومات التكميلية S1). يُكثّف ازدياد عدد النحل البحث عن القيم المثلى في التكرار الأول. في السيناريو 1، كانت نتائج بعض التجارب أقل من الحد الأقصى. في السيناريو 2، يتضح أن جميع نتائج التحسين تقترب من الحد الأقصى نتيجةً لزيادة عدد النحل والمعايير الأخرى ذات الصلة. يتضح أن القيم في السيناريو 2 كافية للخوارزمية.
عند حساب القيمة القصوى للطاقة في التكرارات، يُضاف عامل أمان كقيد للدراسة. انظر الجدول لمعرفة عامل الأمان. تُقارن قيم الطاقة المُحسوبة باستخدام خوارزمية BA مع تلك المُحسوبة باستخدام طريقة تصميم التجارب الخمس (DOE) في الجدول 5. (لتسهيل التصنيع، يبلغ عدد لفات زنبرك الالتواء (N) 4.9 بدلاً من 4.88، ويبلغ الانحراف (xd) 8 مم بدلاً من 7.99 مم في زنبرك الضغط). يتضح أن خوارزمية BA تُحقق نتائج أفضل. تُقيّم خوارزمية BA جميع القيم من خلال عمليات بحث محلية وعالمية، مما يُتيح لها تجربة المزيد من البدائل بسرعة أكبر.
في هذه الدراسة، استُخدم برنامج Adams لتحليل حركة آلية الجناح. يُعطى البرنامج أولًا نموذجًا ثلاثي الأبعاد للآلية، ثم يُعرّف نابضًا بالمعايير المُختارة في القسم السابق. بالإضافة إلى ذلك، يلزم تحديد بعض المعايير الأخرى للتحليل الفعلي، وهي معايير فيزيائية مثل الوصلات، وخصائص المواد، والتلامس، والاحتكاك، والجاذبية. يوجد مفصل دوار بين عمود الشفرة والمحمل، و5-6 مفاصل أسطوانية، و5-1 مفصل ثابت. الجسم الرئيسي مصنوع من الألومنيوم وهو ثابت، بينما بقية الأجزاء مصنوعة من الفولاذ. يُختار معامل الاحتكاك، وصلابة التلامس، وعمق اختراق سطح الاحتكاك بناءً على نوع المادة (الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 304). في هذه الدراسة، يُعد زمن فتح آلية الجناح المعيار الحاسم، والذي يجب أن يكون أقل من 200 مللي ثانية. لذا، يجب مراقبة زمن فتح الجناح أثناء التحليل.
نتيجةً لتحليل آدمز، يبلغ زمن فتح آلية الجناح 74 مللي ثانية. تُظهر الصورة 7 نتائج المحاكاة الديناميكية من 1 إلى 4. تُظهر الصورة الأولى في الشكل 5 لحظة بدء المحاكاة، حيث تكون الأجنحة في وضعية الاستعداد للطي. تُظهر الصورة 2 موضع الجناح بعد 40 مللي ثانية، عندما يكون قد دار بزاوية 43 درجة. تُظهر الصورة 3 موضع الجناح بعد 71 مللي ثانية. كما تُظهر الصورة الأخيرة (4) نهاية دوران الجناح ووضعه المفتوح. نتيجةً للتحليل الديناميكي، لوحظ أن زمن فتح آلية الجناح أقصر بكثير من القيمة المستهدفة البالغة 200 مللي ثانية. بالإضافة إلى ذلك، عند تحديد أبعاد النوابض، تم اختيار حدود الأمان من أعلى القيم الموصى بها في المراجع.
بعد إتمام جميع دراسات التصميم والتحسين والمحاكاة، تم تصنيع نموذج أولي للآلية ودمجه. ثم تم اختبار النموذج للتحقق من نتائج المحاكاة. في البداية، تم تثبيت الغلاف الرئيسي وطيّ الأجنحة. بعد ذلك، تم تحرير الأجنحة من وضع الطي، وتم تصوير فيديو لدورانها من وضع الطي إلى وضع الفتح. كما تم استخدام المؤقت لتحليل الوقت أثناء تسجيل الفيديو.
يوضح الشكل 8 إطارات الفيديو المرقمة من 1 إلى 4. يُظهر الإطار رقم 1 لحظة فتح الأجنحة المطوية، وتُعتبر هذه اللحظة هي اللحظة الابتدائية (t0). يُظهر الإطاران 2 و3 موضع الأجنحة بعد 40 مللي ثانية و70 مللي ثانية على التوالي من اللحظة الابتدائية. عند تحليل الإطارين 3 و4، يتضح أن حركة الجناح تستقر بعد 90 مللي ثانية من t0، وأن فتح الجناح يكتمل بين 70 و90 مللي ثانية. هذا يعني أن كلاً من المحاكاة واختبار النموذج الأولي يُعطيان نفس زمن فتح الجناح تقريبًا، وأن التصميم يُلبي متطلبات أداء الآلية.
في هذه المقالة، تم تحسين زنبركي الالتواء والضغط المستخدمين في آلية طي الجناح باستخدام خوارزمية التحسين الثنائي (BA). يمكن الوصول إلى المعايير المطلوبة بسرعة من خلال عدد قليل من التكرارات. تبلغ طاقة زنبرك الالتواء 1075 مللي جول، بينما تبلغ طاقة زنبرك الضغط 37.24 مللي جول. هذه القيم أفضل بنسبة 40-50% من دراسات تصميم التجارب السابقة. تم دمج الزنبرك في الآلية وتحليله باستخدام برنامج ADAMS. عند التحليل، وُجد أن الأجنحة تُفتح في غضون 74 مللي ثانية، وهي قيمة أقل بكثير من هدف المشروع البالغ 200 مللي ثانية. في دراسة تجريبية لاحقة، تم قياس زمن التشغيل بحوالي 90 مللي ثانية. قد يُعزى هذا الفرق البالغ 16 مللي ثانية بين التحليلين إلى عوامل بيئية لم يتم نمذجتها في البرنامج. يُعتقد أن خوارزمية التحسين التي تم الحصول عليها نتيجة لهذه الدراسة قابلة للتطبيق على تصميمات زنبركية متنوعة.
تم تحديد مادة الزنبرك مسبقًا ولم تُستخدم كمتغير في عملية التحسين. ونظرًا لاستخدام أنواع عديدة من الزنبركات في الطائرات والصواريخ، سيتم تطبيق خوارزمية التحسين البانورامي (BA) في الأبحاث المستقبلية لتصميم أنواع أخرى من الزنبركات باستخدام مواد مختلفة، وذلك بهدف الوصول إلى التصميم الأمثل للزنبرك.
نعلن أن هذه المخطوطة أصلية، ولم يسبق نشرها، ولا يتم النظر حاليًا في نشرها في أي مكان آخر.
جميع البيانات التي تم إنشاؤها أو تحليلها في هذه الدراسة مدرجة في هذه المقالة المنشورة [وملف المعلومات الإضافية].
مين، ز.، كين، ف.ك.، وريتشارد، ل.ج. تحديث مفهوم الجنيح في الطائرات من خلال تغييرات هندسية جذرية. مجلة معهد مهندسي الطيران، الجزء أ: الحضارة. التكوين. المشروع. 3(3)، 188-195 (2010).
صن، ج.، ليو، ك.، وبوشان، ب. نظرة عامة على الجناح الخلفي للخنفساء: التركيب، والخصائص الميكانيكية، والآليات، والإلهام البيولوجي. مجلة الميكانيكا والسلوك والعلوم الطبية الحيوية. 94، 63-73 (2019).
تشين، زد.، يو، جيه.، تشانغ، إيه.، وتشانغ، إف. تصميم وتحليل آلية دفع قابلة للطي لطائرة شراعية هجينة تعمل بالطاقة تحت الماء. هندسة المحيطات 119، 125-134 (2016).
كارتيك، إتش إس وبريثفي، ك. تصميم وتحليل آلية طي المثبت الأفقي للمروحية. المجلة الداخلية لهندسة خزانات التخزين. التكنولوجيا. (IGERT) 9(05)، 110-113 (2020).
كولونك، ز. وشاهين، م. تحسين المعلمات الميكانيكية لتصميم جناح صاروخ قابل للطي باستخدام نهج تصميم تجريبي. المجلة الدولية للنمذجة والتحسين. 9(2)، 108-112 (2019).
Ke, J., Wu, ZY, Liu, YS, Xiang, Z. & Hu, XD طريقة التصميم، ودراسة الأداء، وعملية تصنيع النوابض الحلزونية المركبة: مراجعة. compose. composition. 252, 112747 (2020).
تاكتاك م.، أومهيني ك.، علوي أ.، داماك ف.، وخدار م. تحسين التصميم الديناميكي للزنبركات الحلزونية. تطبيق على الصوت. 77، 178-183 (2014).
باريديس، م.، سارتور، م.، وماسكل، ك. إجراء لتحسين تصميم نوابض الشد. تطبيق حاسوبي للطريقة. مشروع فور. 191(8-10)، 783-797 (2001).
زيبدي أو.، بوهيلي ر. وتروشو ف. التصميم الأمثل للزنبركات الحلزونية المركبة باستخدام التحسين متعدد الأهداف. مجلة المواد البلاستيكية المركبة المقواة 28 (14)، 1713-1732 (2009).
باوارت، إتش بي وديسيل، دي دي. تحسين نوابض التعليق الأمامي للدراجات ثلاثية العجلات. عملية التصنيع. 20، 428-433 (2018).
بهشيش م. وبهشيش م. تحسين نوابض الملفات الفولاذية باستخدام النوابض المركبة. المجلة الدولية متعددة التخصصات. مشروع العلوم. 3(6)، 47-51 (2012).
تشين، ل. وآخرون. تعرف على العديد من المعايير التي تؤثر على الأداء الساكن والديناميكي للزنبركات الحلزونية المركبة. مجلة تسويق خزانات التخزين. 20، 532-550 (2022).
فرانك، ج. تحليل وتحسين النوابض الحلزونية المركبة، أطروحة دكتوراه، جامعة ولاية ساكرامنتو (2020).
غو، ز.، هو، إكس.، ويي، ج. طرق تصميم وتحليل النوابض الحلزونية غير الخطية باستخدام مزيج من الطرق: تحليل العناصر المحدودة، وأخذ العينات المحدودة باستخدام مكعب لاتيني فائق، والبرمجة الجينية. عملية. معهد فور. مشروع. سي جيه ميكا. مشروع. العلوم. 235(22)، 5917-5930 (2021).
وو، ل.، وآخرون. نوابض لولبية متعددة الخيوط من ألياف الكربون ذات معدل زنبركي قابل للتعديل: دراسة تصميم وآلية. مجلة التسويق. خزان التخزين. 9(3)، 5067-5076 (2020).
باتيل دي إس، مانجرولكار كيه إس، وجاجتاب إس تي. تحسين وزن النوابض الحلزونية الضاغطة. المجلة الداخلية للابتكار. خزان التخزين. متعدد التخصصات. 2(11)، 154-164 (2016).
راهول، إم إس وراميشكومار، ك. التحسين متعدد الأغراض والمحاكاة العددية للزنبركات الحلزونية لتطبيقات السيارات. مجلة ألما ماتير. بروسيس توداي. 46. 4847-4853 (2021).
باي، جيه بي وآخرون. تحديد أفضل الممارسات - التصميم الأمثل للهياكل الحلزونية المركبة باستخدام الخوارزميات الجينية. كومبوز. كومبوزيشن. 268، 113982 (2021).
شاهين، آي.، دورتيرلر، إم.، وجوكشي، إتش. باستخدام طريقة التحسين 灰狼 القائمة على تحسين الحد الأدنى لحجم تصميم زنبرك الضغط، غازي ج. العلوم الهندسية، 3(2)، 21-27 (2017).
Aye, KM, Foldy, N., Yildiz, AR, Burirat, S. and Sait, SM Metaheuristics using multiple agents to optimize crashes. internal J. Veh. dec. 80(2–4), 223–240 (2019).
يلدز، أ.ر. وإرداش، م.و. خوارزمية تحسين مجموعة تاغوشي-سالبا الهجينة الجديدة للتصميم الموثوق به لمشاكل هندسية حقيقية. اختبار ألما ماتير. 63(2)، 157-162 (2021).
يلدز بي إس، فولدي إن، بوريرات إس، يلدز إيه آر، وسيت إس إم. تصميم موثوق لآليات المقبض الروبوتية باستخدام خوارزمية تحسين الجراد الهجينة الجديدة. نظام الخبراء. 38(3)، e12666 (2021).