کمی‌سازی عدم‌قطعیت و پیش‌بینی رفتار کمانشی پوسته‌های کروی ناقص تحت فشار خارجی با ترکیب تحلیل اجزای محدود و شبکه عصبی پرسپترون چندلایه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی مقطع دکتری رشته مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 عضو هیات علمی دانشکده مکانیک و انرژی دانشگاه شهید بهشتی

3 دکتری مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

10.61186/masm.2026.2086435.1184
چکیده
این پژوهش به بررسی و کمی‌سازی عدم‌قطعیت در رفتار کمانشی پوسته‌های کروی ناقص تحت فشار خارجی می‌پردازد و تحلیل حساسیت پارامترهای مؤثر بر بار بحرانی کمانش را مورد توجه قرار می‌دهد. در این راستا، نواقص هندسی اولیه، تغییرات ضخامت، تغییرات خواص مکانیکی مصالح و تغییرات شرایط مرزی به‌عنوان منابع اصلی عدم‌قطعیت در مدل لحاظ شده‌اند. نتایج تحلیل عددی نشان داد که افزایش ضخامت پوسته موجب افزایش غیرخطی بار بحرانی کمانش می‌شود، در حالی‌که افزایش دامنه نقص هندسی بیشترین نقش را در کاهش ظرفیت کمانشی ایفا می‌کند. همچنین مشخص شد که تغییرات خواص الاستیک مصالح و شرایط مرزی می‌توانند منجر به جابه‌جایی مودهای کمانش و تغییر مکانیزم ناپایداری شوند. نتایج تحلیل حساسیت بیانگر آن است که دامنه نقص هندسی و نسبت ضخامت به شعاع، پارامترهای غالب در تعیین رفتار کمانشی پوسته‌های کروی هستند. در گام دوم، به‌منظور مدل‌سازی سریع و پیش‌بینی رفتار کمانشی، از شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون چندلایه استفاده شد. داده‌های حاصل از تحلیل‌های عددی به‌عنوان مجموعه‌های آموزش و آزمون شبکه به‌کار گرفته شدند. نتایج نشان داد که مدل شبکه عصبی با دقت مناسب قادر به پیش‌بینی بار بحرانی کمانش و مود غالب ناپایداری بوده و همبستگی قوی با نتایج تحلیل اجزای محدود دارد. این یافته‌ها نشان می‌دهد که ترکیب تحلیل عددی غیرخطی و مدل‌سازی مبتنی بر هوش مصنوعی می‌تواند چارچوبی کارآمد برای طراحی مبتنی بر قابلیت اطمینان پوسته‌های کروی ناقص فراهم آورد و زمان تحلیل را بدون افت دقت به‌طور قابل توجهی کاهش دهد

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Quantification of Uncertainty and Prediction of Buckling Behavior of Imperfect Spherical Shells under External Pressure Using a Combination of Finite Element Analysis and Multilayer Perceptron Neural Network

نویسندگان English

Amir Hossin Majidiyan 1
Seyed Mohammad Jafari 2
Seyed Hossin Dibajiyan 2
hamed heydari 3
1 Ph.D. Candidate, Department of Mechanical Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 Faculty of Mechanical and Energy Engineering, Shahid Beheshti University
3 PhD, Mechanical Engineering Department, Arak University, Arak, Iran
چکیده English

This study investigates the quantification of uncertainty in the buckling behavior of imperfect spherical shells subjected to external pressure and examines the sensitivity of parameters influencing the critical buckling load. In this framework, initial geometric imperfections, thickness variations, variations in material mechanical properties, and boundary condition uncertainties are considered as the primary sources of uncertainty in the model. The numerical results indicate that increasing the shell thickness leads to a nonlinear increase in the critical buckling load, whereas an increase in the amplitude of geometric imperfections has the most significant contribution to the reduction of buckling capacity. Furthermore, variations in elastic material properties and boundary conditions can result in shifts in buckling modes and changes in the instability mechanism. Sensitivity analysis reveals that the geometric imperfection amplitude and the thickness-to-radius ratio are the dominant parameters governing the buckling behavior of spherical shells. In the second stage, a multilayer perceptron artificial neural network was employed for rapid modeling and prediction of buckling behavior. Data obtained from the numerical analyses were used as the training and testing datasets for the network. The results demonstrate that the neural network model is capable of predicting the critical buckling load and dominant instability mode with satisfactory accuracy and shows a strong correlation with finite element analysis results. These findings indicate that combining nonlinear numerical analysis with artificial intelligence-based modeling provides an efficient framework for reliability-based design of imperfect spherical shells and significantly reduces computational time without compromising prediction accuracy.

کلیدواژه‌ها English

Sensitivity analysis
multilayer perceptron neural network
critical load prediction
machine learning
reliability-based design

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 31 تیر 1405

  • تاریخ دریافت 06 اسفند 1404
  • تاریخ بازنگری 24 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 31 تیر 1405