تحلیل قابلیت اعتماد سازه‌ گاوآهن برگردان‌دار سوار به روش شبیه‌سازی مونت کارلو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شیراز، شیراز، ج. ا. ایران

2 گروه طراحی صنعتی، دانشگاه هنر، تهران، ج. ا. ایران

3 گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ج. ا. ایران

10.22099/iar.2023.44775.1508

چکیده

استفاده از مفهوم قابلیت اعتماد به عنوان یک رویکرد طراحی جدید و سودآور می‌تواند طراحی و ساخت ماشین‌های خاک‌ورزی را بهینه کند. در این تحقیق به منظور انجام تحلیل قابلیت اعتماد بر روی شاسی یک گاوآهن برگردان‌دار، از روش شبیه‌سازی مونت کارلو (MCS)  استفاده گردید. بدین منظور مدل کاملی از یک گاوآهن برگردان‌دار سه خیش سوار به عنوان تابع حالت حدی در نظر گرفته شد. پارامترهای تصادفی خاک اعمال گردید و نیروهای اثر متقابل گاوآهن با خاک به روش اجزاء محدود، شبیه‌سازی (finite element method, FEM) شد. خروجی مورد نظر، نیروهای عکس‌العمل خاک بر گاوآهن در بحرانی‌ترین سرعت‌ و عمق شخم بود. سپس با اعمال نیروهای به‌دست آمده از مدل اجزاء محدود و همچنین در نظر گرفتن مدول یانگ شاسی به عنوان متغیر تصادفی، تحلیل استاتیکی شاسی در تکرارهای مختلف انجام و تمرکز تنش بر روی محل‌های مختلف شاسی مشخص گردید. سپس احتمال خرابی (Pf) و شاخص قابلیت اعتماد (β) محل‌های مختلف شاسی محاسبه گردید. نتایج شبیه سازی مونت‌کارلو نشان داد که بیشترین احتمال خرابی به ترتیب در میله عرضی، ساقه خیش، مهاربند و دکل با مقادیر 1، 0/269، 0/165و 0/033 رخ داده که نشان‌دهنده عدم اطمینان طراحی در این قسمت‌ها می‌باشد، بنابراین تقویت یا بهینه­ سازی قسمت‌های ذکر شده شاسی گاوآهن برگردان‌دار ضروری به نظر می‌رسد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Abo Al-kheer, A., El-Hami. A., Kharmanda, M. G., & Mouazen, A. M. (2011). Reliability-based design for soil tillage machines. Journal of Terramechanics, 48(1), 57–64.
Ditlevsen, O., & Madsen, H. O. (2005). Structural reliability methods. Internet edition. 2.2.5. First edition published by John Wiley & Sons, Chichester, 1996.
https://www.ukm.my/kamal3/rro/note%20Structural%20Reliability%20Methods.pdf
Godwin, R. J., O’Dogherty, M. J., Saunders, C., & Balafoutis, A. T. (2007). A force prediction model for moldboard plows incorporating the effects of soil characteristic properties, plow geometric factors and plowing speed. Biosystems Engineering, 97(1), 117-129.
Hadianfard, M. A., Malekpour, S., & Momeni, M. (2018). Reliability analysis of H-section steel columns under blast loading. Journal of Structural Safety, 75, 45–56.
https://doi.org/10.1016/j.strusafe.2018.06.001.
Jiang, S., Du, C., & Hong, Y. (2013). Failure analysis of a cracked concrete gravity dam under earthquake. Engineering Failure Analysis, 33, 265-280. https:// doi: 10.1016/j.engfailanal .2013.05.024
Kartal, M. E., Başağa, H. B. & Bayraktar A. (2011). Probabilistic nonlinear analysis of CFR dams by MCS using Response Surface Method. Applied Mathematical Modelling, 35(6), 2752-2770. https://doi: 10.1016/j.apm. 2010.12.003.
Kharmnda, G., Ibrahim, M. H., Abo Al-Kheer, A., Guerin, F., & El-Hami, A. (2014). Reliability-based design optimization of shank chisel plow using optimum safety factor strategy. Computers and Electronics in Agriculture, 109, 162-171. https://doi: org/10.1016/j.compag.2014.09.001.
McKyes, E & Ali, O. S. (1977). The cutting of soil by narrow blades. Journal of Terramechanics, 14, 43-58. https://doi.org/10.1016/0022-4898(77)90001-5
Metropolis, N., & Ulam, S. (1949). The Monte Carlo Method. Journal of American Statistical Association, 44, 335-41.
https://doi: 10.1080/01621459.1949. 10483310.
Melchers, R. E. (2018). Structural reliability analysis and prediction. Chichester: John Wiley & Sons.
doi:10.1002/978111926610
Mojahed, M. M., & Ahmadi Nedushan, B. (2013). Reliability analysis of steel frames based on advanced methods of Monte Carlo. 7th National Congress of Civil Engineering. Shahid Nikbakht Faculty of Engineering. 17 and 18 May. Sistan and Baluchestan University. Zahedan.) In Persian).
Nazemosadat, S. M. R., Ghanbarian, D., Naderi-Boldaji, M., & Nematollahi, M. A. (2022a). Structural analysis of a mounted moldboard plow using finite element simulation method. Spanish Journal of Agricultural Research. 20(2), 1-14.
 Nazemosadat, S. M. R., Naderi-Boldaji, M., Ghanbarian, D., & Nematollahi, M. A. (2022b). Reliability analysis of a mounted moldboard plow bottom standard using the FORM method. Journal of Optimization in Industrial Engineering. 15(2), 170-190. https://doi.org/10.22094/joie.2022.1932748.1868.
Nowak, A. S., & Collins, K. R. (2012). Reliability of Structures. Second Edition. CRC Press.
https://www.routledge.com/Reliability-of-Structures/Nowak-Collins/p/book/9780429107467
Shayanfar, M., Ghanooni Bagha, M., & Jahani, E. (2015). Reliability theory of structures. Iran: Tehran, University of Science and Technology Publications. )In Persian).
Sorensen, J. D. (2004). Structural reliability theory and risk analysis. Denmark: Aalborg, Institute of Building Technology and Structural Engineering Aalborg University.
Zhang, S., Wang, G., Wang, C., Pang, B., & Du, C. (2014). Numerical simulation of failure modes of concrete gravity dams subjected to underwater explosion. Engineering Failure Analysis, 36, 49-64.