Lightweight Design of Variable-Stiffness Cylinders with Reduced Imperfection Sensitivity Enabled by Continuous Tow Shearing and Machine Learning

刚度 灵敏度(控制系统) 剪切(物理) 优化设计 非线性系统 结构工程 工程类 数学 数学优化 计算机科学 机器学习 电子工程 量子力学 物理 岩土工程
作者
Rogério Rodrigues dos Santos,Saullo G. P. Castro
出处
期刊:Materials [MDPI AG]
卷期号:15 (12): 4117-4117 被引量:10
标识
DOI:10.3390/ma15124117
摘要

The present study investigates how to apply continuous tow shearing (CTS) in a manufacturable design parameterization to obtain reduced imperfection sensitivity in lightweight, cylindrical shell designs. The asymptotic nonlinear method developed by Koiter is applied to predict the post-buckled stiffness, whose index is constrained to be positive in the optimal design, together with a minimum design load. The performance of three machine learning methods, namely, Support Vector Machine, Kriging, and Random Forest, are compared as drivers to the optimization towards lightweight designs. The new methodology consists of contributions in the areas of problem modeling, the selection of machine learning strategies, and an optimization formulation that results in optimal designs around the compromise frontier between mass and stiffness. The proposed ML-based framework proved to be able to solve the inverse problem for which a target design load is given as input, returning as output lightweight designs with reduced imperfection sensitivity. The results obtained are compatible with the existing literature where hoop-oriented reinforcements were added to obtain reduced imperfection sensitivity in composite cylinders.

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