المجلة الدولية للعلوم و التقنية

International Science and Technology Journal

ISSN: 2519-9838 (Online)

ISSN: 2519-9846 (Print)

مجلة علمية محكّمة تهتم بنشر البحوث و الدراسات في مجال العلوم التطبيقية، تصدر دورياً تحت إشراف نخبة من الأساتذة

Shape Optimization of a Hollow Cantilever Beam for Weight Minimization Using Finite Element Method

الملخص
تلعب العوامل الهندسية للعارضة الكابولية، مثل الأبعاد الهندسية والحجم والوزن والمادة المصنعة ، دورًا مهمًا في تحديد وظيفة العارضة وإمكانية استخدامها. حيث تهدف هذه الدراسة إلى الحصول على الأبعاد المقطعية المثلى للعتبة الكابولية المجوفة عند تعرضها لحمل ثابت من أجل تحقيق الأبعاد المثالي بأقل وزن بحيث يبقي مجموع الإجهاد المكافئ أقل بقليل من الحد الأقصى لإجهاد الخضوع (Yield stress)، علما بأن إجهاد الخضوع للصلب هو (σy < 250MPa). تم استخدام برنامج العناصر المحدودة التجارية (ANSYS R17.2) لمحاكاة العتبة الكابولية المربّعة (25mm x 25mm) ذات التجويف بسمك 4mm والمصنوع من الصلب والمعرضة لحمل ثابت من أحدى نهايتها بقوة مقدارها 640N ومثبته من النهاية الأخرى. تم استخدام تقنية تحسين التصميم لاستكشاف تأثير الأبعاد المستعرضة مثل الطول والعرض والسمك ونصف قطر التعبئة الداخلية للعتبة. من الدراسة, تم تغيير الحد الأقصى من الإجهاد المكافئ (Yield stress) ، والكتلة الهندسية (Geometry Mass) والتشوه الكلي (Total Deflection) في حوالي 30.75 ٪ ، 22.89 ٪ و 67.45 ٪ على التوالي.
Abstract
Cantilever beam geometrical parameters such as, dimensions, volume, weight, and material play significant role in defining the beam function and where it might be used. The present study is to obtain optimal cross section dimensions of a hollow square cantilever beam subjected to static load in order to accomplish the ideal structure with minimum weight and maximum strength. Commercial finite element software (ANSYS R17.2) was used for simulating the hollow square cantilever beam made of steel subjected to static load at free end and supported at the another end. Design Optimization technique was used to investigate the effect of cross-sectional dimensions such as height, width, thickness and filet radius of flange; on beam weight in order to withstand the exerted load yet with minimum material keeping the total equivalent stress just below the maximum yield stress,(σy<250MPa). Maximum equivalent stress, geometry mass and total deformation are changed (reduction) in about 30.75%, 22.89% and 67.45% respectively.