Discrete fiber path angle and continuous fiber path optimization in composite structures
Kompozit yapılarda ayrık fiber açı ve sürekli fiber yolu optimizasyonu
- Tez No: 305009
- Danışmanlar: PROF. DR. ALTAN KAYRAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 164
Özet
Kompozit yapı tasarım optimizasyonlarındaki en etkili tasarım değişkenlerden birisi fiber yönelim açısı olarak göze çarpmaktadır. Kompozit yapılar üretilirken, önceden belirlenmiş performans içeriklerini belirli tasarım gereklerine ve sınırlarına göre optimize etmek için fiber yönelimleri değiştirilebilir. Fiber yerleştirme makinaları, değişik genişlikteki kompozit kumaşları eğrisel yollara yerleştirebilmesi bir kompozit yapıdaki bir katman içerisindeki fiber yönelim açılarını sürekli değiştirebilmesine neden olur. Kompozit yapılarda fiberlerin eğrisel yollar izlemesini sağlayarak, bir plaka içindeki yük yollarında değişim sağlanabilir. Böylece, daha olumlu gerilim dağılımları ve arttırılmış katman performansı elde edilebilir. Bu tarz yapılara değişken sertlikli kompozit yapıları adı verilir. Bu tez, kompozit yapılarda ayrık fiber açısı ve sürekli fiber yolu optimizasyonu hakkında temel bir çalışma sunmaktadır. Ayrık fiber açısı optimizasyonunda, ortotropic ve katmanlı kompozit yapıların ikisi için de eleman seviyesinde farklı analiz/optimizasyon araçlarıyla optimum fiber açısı optimizasyonları uygulanmıştır. Sürekli fiber yolu, fiber yerleştirme makinalarıyla üretilebilen, optimizasyonunda, farklı durum çalışmaları için belirlenmiştir. Sürekli fiber yolu optimizasyonu geliştirilmiş olan bir arayüz kodu ile gerçekleştirilmiştir. Yüzlerce tasarım değişkeni ile karmaşık optimizasyon problemlerinde global optimumu bulmak çok zordur. Bu tür karmaşık optimizasyon problemlerinde global optimum çözümü bulabilmek için eğim tabanlı optimizasyon algoritmaları uygun değildir çünkü, oldukça fazla yerel minimumlar olacaktır ve eğim tabanlı optimizasyon algoritmaları bu yerel minimumlarda takılı kalabilecektir. Bundan dolayı, bir evrimsel algoritma bu tür karmaşık optimizasyon problemleri için daha iyi bir çözücüdür. Bu tezde, MATLAB Optimizasyon Araç Kutusu içindeki bir evrimsel algoritma olan genetik algoritma optimizasyon yazılımı olarak kullanılmıştır ve ticari sonlu elemanlar programı Nastran da yapısal problem çözücü olarak kullanılmıştır. Sürekli fiber yolu optimizasyonu için bu iki program geliştirilmiş olan bir arayüz kodu ile bütünleştirilmiştir. Tipik bir fiber yerleştirme makinasının üretim sınır şartları da sürekli fiber yolu optimizasyonu tanımının içine eklenmiştir. Nastran sonlu elemanlar çözücüsüyle, MATLAB genetic algoritma aracının, fiber yerleştirme makinasınn üretim sınır şartları eklenerek bütünleştirilmesiyle yapılan optimizasyonun sonucunda, bir sürekli fiber kompozit plakanın birinci burulma yükünün, sıfır derece açılı bir kompozit plakaya göre %22 arttığı görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Fiber orientation angle stands out as one of the most effective design variables in the design optimization of composite structures. During the manufacturing of the composite structures, one can change the fiber orientation according to the specific design needs and constraints to optimize a pre-determined performance index. Fiber placement machines can place different width tows in curvilinear paths resulting in continuous change of the fiber orientation angle in a layer of the composite structure. By allowing the fibers to follow curvilinear paths in the composite structure, modification of load paths within the laminate can be obtained. Thus, more favorable stress distributions and improved laminate performance can be achieved. Such structures are called as variable stiffness composites structure. This thesis presents a fundamental study on the discrete fiber angle and continuous fiber path optimization of composite structures. In discrete fiber angle optimization, application of different analysis/optimization tools is demonstrated for optimum fiber angle optimization at the element level for both orthotropic and laminated composite structures. In the continuous fiber path optimization, which can be produced with fiber placement machines, optimized fiber paths are determined for different case studies. Continuous fiber path optimization is performed by means of an interface code that is developed. It is hard to find the global optimum for complex optimization problems with hundreds of design variables. In order to find the global optimum solution for such complex optimization problems, a gradient based optimization algorithm is not appropriate because there will be a lot of local minima for the problem and gradient based optimization algorithms may be stuck at the local minimums. Therefore, an evolutionary algorithm is a better solver for such kind of complex optimization problems. In this thesis, genetic algorithm, an evolutionary algorithm, in MATLAB Optimization Toolbox is used for the optimizer and commercial finite element program Nastran is used for the structural solver. For the continuous fiber path optimizations these two programs are integrated with the interface code that is developed. Manufacturing constraints of a typical fiber placement machine is also included in the constraint definition of continuous fiber path optimization. By coupling of Nastran finite element solver and MATLAB genetic algorithm tool, with the manufacturing constraint for the fiber placement machines, the first buckling load of a continuous fiber composite plate is increased %22 with respect to a composite plate with zero degree orientations.
Benzer Tezler
- Modeling and optimization in manufacturing variable stiffness composite structures
Deiken direngenlikli kompozit yapıların üretimi için modelleme ve optimizasyon
MOHAMMAD SHEIKHI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Mühendislik BilimleriSabancı ÜniversitesiMekanik Tasarım ve İmalat Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LÜTFİ TANER TUNÇ
- Hibrit bağlaşmalı şebekeler için performans modelleri
Başlık çevirisi yok
HAKKI ASIM TERCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1996
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. GÜNSEL DURUSOY
- Volgram ağır alaşımlarında başlangıç toz özelliklerinin sıvı gaz sinterlemesi yoluyla yoğunlaşma süreçlerine olan etkileri
Effects of initial powder characteristics on densificatıon processes via liquid-phase sintering in based heavy alloys
BURAK ÖZKAL
- Uydu verileri ile İstanbul Boğazı ve Haliç'de su kirliliğinin makro düzeyde belirlenmesi
Intrepretation at macro level as pollution of water resources of remotely sensed data of Bosphorus and golden horn estuary by an unsupervised and supervised classification method
H.GONCA COŞKUN
- Stress-strain behaviour of randomly distributed, diserete fiber and mesh reinforced sand
Rastgele (random) yönlendirilmiş, ayrık lif (fiber) ve ağ (mesh) donatılı kumun gerilme-deformasyon davranışı
CEM UYSAL
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. ORHAN EROL