Multi-objective optimization of sandwich structures for reinforcing composite fuselages

机身 结构工程 夹层结构复合材料 有限元法 复合数 材料科学 工程类 复合材料
作者
Alejandro E. Albanesi,Nahuel José Volpe,Federico Langhi,Vı́ctor D. Fachinotti
出处
期刊:Journal of Sandwich Structures and Materials [SAGE Publishing]
卷期号:26 (5): 567-585
标识
DOI:10.1177/10996362231209237
摘要

This study introduces a simulation-based optimization approach that combines a multi-objective genetic algorithm and the finite element method to design sandwich structures to reinforce composite fuselages. The sandwich structure has been parametrized with a set of mixed integer-continuous variables representing the polymer core thickness, the number and weight of laminated fiberglass layers, and size and position of the structure. Automatic scripting builds the geometry of the structure, then mounts it in the fuselage, and finally creates a conformal mesh. During the optimization, each reinforced fuselage is subjected to several load cases specified by the CS-22 EASA design standard, determining the worst load condition. Two objectives were considered: increasing the reinforced fuselage’s minimum fiber stress safety factor for improved safety and reducing the number of layers of the sandwich structure to minimize manufacturing costs. Structural constraints were the mass of the sandwich structure and buckling and flexo-torsional deformation of the reinforced fuselage. Results show an efficient material arrangement due to the reduced number of layers in the sandwich structure and a stress safety factor surpassing that set by the standard. Finally, the reinforcement of a glider fuselage to incorporate a retractable electric propulsion system is presented as a real-world industrial application.
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