بررسی مدلسازی عدم قطعیت در پیش بینی کمانش نیم کره فلزی به روش ساخت چرخشی تحت فشار خارجی یکنواخت

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک دانشگاه شهید بهشتی
2 دکتری مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران
10.22034/stme.2026.580784.1206
چکیده
هدف اصلی این مطالعه، مدلسازی عدم قطعیت در پیش‌بینی فشار بحرانی کمانش پوسته‌های نیم‌کره‌ای فلزی با توجه به پراکندگی ضخامت، تغییرات شعاع و اثرات فرآیند ساخت چرخشی است. در این راستا، کمیت‌های تصادفی هندسی و ماده، شامل تغییرات ضخامت برحسب زاویهθ، تغییرات شعاع موضعی و پراکندگی خواص مکانیکی ماده، با استفاده از مدل‌های آماری مانند توزیع نرمال، لاگ‌نرمال و ویبول معرفی شدند و تحلیل مونت‌کارلو برای شبیه‌سازی پاسخ آماری فشار بحرانی اعمال گردید. در گام نخست، تابع‌های هموار تغییر ضخامت و شعاع برحسب زاویه θ از رأس تا کف نیم‌کره تعریف شد تا اثر نقص‌های هندسی و اعوجاج‌های تصادفی در مدل عددی لحاظ گردد. تحلیل آماری مجموعه‌های شبیه‌سازی شده نشان داد که حتی نوسانات کوچک ضخامت و شعاع می‌توانند کاهش قابل توجه فشار بحرانی ایجاد کنند و مدل‌های قطعی کلاسیک قادر به پیش‌بینی دقیق رفتار واقعی پوسته‌ها نیستند. از دیدگاه تجربی، داده‌های ضخامت و شعاع واقعی پوسته‌های ساخته‌شده با اسکن سه‌بعدی و پروب ضخامت‌سنج جمع‌آوری شد تا توزیع‌های آماری ورودی مدل عددی با واقعیت سازگار گردد. این ترکیب روش تجربی و مدل‌سازی غیرقطعی عددی امکان ارزیابی دقیق فشار بحرانی و تعیین ضریب کاهش کمانش را فراهم می‌کند و می‌تواند طراحی ایمن، بهینه‌سازی وزن و افزایش قابلیت اطمینان سازه‌های پیشرفته را بهبود دهد. در نتیجه، مطالعه حاضر نشان می‌دهد که مدلسازی عدم قطعیت در پوسته‌های نیم‌کره‌ای تحت فشار خارجی یکنواخت یک رویکرد ضروری برای تحلیل رفتار واقعی سازه‌هاست و نتایج آن می‌تواند به عنوان پشتیبان تصمیم‌گیری طراحی و استانداردسازی فرآیند ساخت چرخشی مورد استفاده قرار گیرد
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of uncertainty modeling in predicting the buckling of a metal hemisphere formed by the spinning process under uniform external pressure

نویسندگان English

AmirHossein Majidian 1
Seyyed Mohammad Jafari 1
Seyyed Hossein Dibajian 1
Hamed Heydari 2
1 Department of mechanical and energy engineering
2 PhD, Mechanical Engineering Department, Arak University, Arak, Iran
چکیده English

**“The main objective of this study is to model uncertainty in predicting the critical buckling pressure of metallic hemispherical shells by considering thickness scatter, radius variations, and the effects of the spinning manufacturing process. In this regard, random geometric and material quantities—including thickness variation as a function of the angle θ, local radius fluctuations, and the dispersion of mechanical properties—were introduced using statistical models such as normal, log‑normal, and Weibull distributions, and a Monte Carlo analysis was performed to simulate the statistical response of the critical pressure.

In the first step, smooth functions for thickness and radius variations with respect to the angle θ, from the pole to the base of the hemisphere, were defined so that geometric imperfections and random distortions could be incorporated into the numerical model. Statistical analysis of the simulated datasets showed that even small fluctuations in thickness and radius can lead to a significant reduction in critical pressure, and that classical deterministic models are unable to accurately predict the real behavior of the shells.

From an experimental viewpoint, actual thickness and radius data of the manufactured shells were collected using 3D scanning and a thickness‑gauge probe to ensure that the statistical distributions used in the numerical model reflect real conditions. This combination of experimental methods and non‑deterministic numerical modeling enables an accurate assessment of the critical pressure and the determination of buckling reduction factors, thereby improving safe design, weight optimization, and the reliability of advanced structures.

C

کلیدواژه‌ها English

Buckling
hemispherical shell
spinning process
uniform external pressure
uncertainty

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 18 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 17 اردیبهشت 1405
  • تاریخ بازنگری 28 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 18 شهریور 1405
  • تاریخ اولین انتشار 18 شهریور 1405
  • تاریخ انتشار 18 شهریور 1405