Document Type : Research Article
Authors
Dept. of Mechanic Engineering, University of Birjand, Iran
Abstract
Keywords
Main Subjects
به دلیل فراگیر بودن پدیدههای بستهبندی در طبیعت، زندگی روزمره و فرآیندهای صنعتی گوناگون، این پدیدهها چه از لحاظ تئوری و چه از لحاظ تجربی، بسیار مورد مطالعه و توجه قرار گرفتهاند. واژه بستهبندی معمولاً به جمعآوری، کنار هم قرار دادن و مرتب کردن ذرات یا احجام در یک فضای محدود، اطلاق میشود. امروزه الگوریتمهای بستهبندی متعددی ارائه شدهاند که به طور وسیعی مورد استفاده قرار میگیرند. با این وجود بیشتر الگوریتمهای بستهبندی منتشر شده، برای حجمهای ساده، مانند کرهها[1-3] یا ترکیبهای کروی[4, 5] بوده و تنها تعداد کمی از آنها برای ذرات غیر کروی محدود به شکلهای منظم مانند شبهکره، بیضی، بیضیگون و استوانه[6-8] هستند. اگر این الگوریتمها برای شکلهای غیرمنظم و پیچیده به کار برده شوند، پیادهسازی آنها بسیار دشوار و در مواردی غیر ممکن خواهد بود.
روشهای بستهبندی ذرات معمولاً به دو دسته کلی تقسیم میشوند که عبارتند از: روشهای بستهبندی دینامیکی و روشهای بستهبندی هندسی. در روشهای بستهبندی دینامیکی، از برهمکنش نیروها برای بستهبندی و به تعادل رساندن ذرات در تعامل با هم، استفاده میشود. به همین دلیل، این روشها از لحاظ محاسباتی سنگین و زمانبر هستند. در روشهای بستهبندی هندسی، عامل تأثیرگذار بر نحوه بستهبندی، ویژگیهای هندسی ذرات میباشد. به عبارت دیگر در این روشها، بستهبندی بر اساس شکل هندسی ذرات انجام میشود. برخلاف روشهای دینامیکی بستهبندی، روشهای هندسی بستهبندی، اجازهی بستهبندی سریع تعداد زیادی از ذرات را میدهد، که این ساختارهای بستهبندی میتوانند به عنوان حالت اولیه (ورودی اولیه) در تحلیلهای عددی مواد ناپیوستار مورد استفاده قرار گیرند. در حقیقت روشهای هندسی بستهبندی، موجب بهبود کارایی مرحله آمادهسازی ذرات برای تحلیلهای عددی و شبیهسازیهای دینامیکی، میگردد. به عنوان مثال مرتب کردن و آمادهسازی اولیه چند صد ذره با استفاده از روشهای دینامیکی ممکن است بیش از چندین ساعت طول بکشد، در حالی با استفاده از روشهای هندسی، این آمادهسازی کمتر از چند دقیقه طول خواهد کشید.
عیب روشهای هندسی نسبت به روشهای دینامیکی آن است که در روشهای هندسی از آنجایی که ذرات به تعادل دینامیکی نمیرسند، هیچگونه اطلاعی در مورد نیروهای تماسی حاصل نمیشود. با این وجود، روشهای هندسی، مجموعه ذرات را به اندازه کافی به تعادل مکانیکی نزدیک میسازند(تماس اولیه ذرات)؛ در نتیجه ساختار بستهبندی حاصل از این روشها میتواند به عنوان یک نقطهی شروع خوب برای شبیهسازیهای دینامیکی، در نظر گرفته شود.
در این مطالعه، ابتدا روشهای هندسی بستهبندی حجمها و مزایا و معایب آنها مورد مطالعه و بررسی قرار میگیرد. سپس یک الگوریتم جدید برای بستهبندی حجمهای تصادفی ارائه میگردد. آنگاه با استفاده از الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات، حالت بهینه این روش بستهبندی، به دست آورده میشود. در نهایت به منظور اعتبار بخشی به این الگوریتم بستهبندی بهینهسازی شده، نتایج حاصل از آن با نتایج حاصل از الگوریتمهای بستهبندی موجود مقایسه میگردد.