การออกแบบบานประตูระบายน้ำโดยวิธีทอพอโลยีเหมาะที่สุดของโครงสร้างDesign of Slide-gate by Using Structural Topology Optimization

Abstract

บทความวิจัยนี้นำเสนอกระบวนการประยุกต์ระเบียบวิธีวิเคราะห์ทอพอโลยีเหมาะที่สุดของโครงสร้างเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการออกแบบโครงสร้างบานระบายน้ำขนาด 2.60 x 2.60 เมตร จากแบบมาตรฐานกรมชลประทานภายใต้มาตรฐานการออกแบบและเงื่อนไขการใช้งานที่มีอยู่เดิม โดยเปรียบเทียบปริมาณวัสดุที่ใช้ในการผลิตระหว่างแบบโครงสร้างบานระบายน้ำจากแบบมาตรฐานกรมชลประทานกับแบบที่ผ่านกระบวนการทอพอโลยีเหมาะที่สุด โดยการศึกษาการออกแบบดำเนินการโดยใช้โครงสร้างตั้งต้นที่มีความหนาของบานประตูระบายน้ำ 4 ค่า คือ 0.22 0.30 1.00 และ 1.50 เมตร จากนั้นทอพอโลยีเหมาะที่สุดของโครงสร้างถูกนำไปใช้ในการออกแบบเชิงรายละเอียดเพื่อศึกษาประสิทธิภาพเชิงเปรียบเทียบกับแบบมาตรฐานผลการวิจัยพบว่า กระบวนการวิเคราะห์ทอพอโลยีเหมาะที่สุดของโครงสร้างสามารถนำมาปรับใช้เพื่อพัฒนารูปร่างที่เหมาะที่สุดของโครงสร้างบานระบายน้ำมาตรฐาน โดยบานที่มีแผ่นเสริมแรงความหนา 0.30 เมตร ผ่านมาตรฐานการออกแบบทั้งในเกณฑ์หน่วยแรงสูงสุดและเกณฑ์การเปลี่ยนรูป โดยมีค่าหน่วยแรง von Mises สูงสุดเท่ากับ 183.40 เมกะปาสคาล โดยค่ายอมให้มีค่าเท่ากับ 198.40 เมกะปาสคาล การเปลี่ยนรูปสูงสุดมีค่าเท่ากับ 2.205 มิลลิเมตร โดยการเปลี่ยนรูปสูงสุดที่ยอมให้มีค่า 4.333 มิลลิเมตร และสามารถลดปริมาณวัสดุลงจากแบบมาตรฐานกรมชลประทานได้ร้อยละ 13.49

In this research, the structural topology optimization processes were applied to design improvement of the 2.60 x 2.60 m slide-gate of water control facility obtained from the Royal Irrigation Department (RID) in consideration of the design standards and working conditions. The material used between the standard design from RID and the improved design from Structural Topology Optimization has been compared. The design investigation is based on 4 differences panel thickness 0.22, 0.30, 1.00, and 1.50 m then the optimal structural topologies were used as a guideline in detail design and for comparative performance investigation to the standard design. The results from the research strongly represent the capability of Topology Optimization for Design improvement. The final design from the initial panel thickness of 0.30 m satisfied with the stress-criteria and deflection-criteria. The maximum von Misses stress is 183.40 MPa while the allowable von Mises stress is 198.40 MPa, the maximum deformation is 2.205 mm while the allowable deformation is 4.333 mm. The material used in the RID Standard design can be reduced by 13.49 percent.