This paper presents a multi-objective evolutionary algorithm for combinatorial optimisation and applied for design optimisation of fiber reinforced composite structures. The proposed algorithm closely follows the implementation of Pareto Archive Evolutionary strategy (PAES) proposed in the literature. The modifications suggested include a customized neighbourhood search algorithm in place of mutation operator to improve intensification mechanism and a cross over operator to improve diversification mechanism. Further, an external archive is maintained to collect the historical Pareto optimal solutions. The design constraints are handled in this paper by treating them as additional objectives. Numerical studies have been carried out by solving a hybrid fiber reinforced laminate composite cylindrical shell, stiffened composite cylindrical shell and pressure vessel with varied number of design objectives. The studies presented in this paper clearly indicate that well spread Pareto optimal solutions can be obtained employing the proposed algorithm.
This study discusses a non-contact optical technique, electronic speckle pattern interferometry(ESPI), that is well suited for in-plane and out-of-plane deformation measurement. AS4/PEEK[30/-30/90]s, composite laminate plate was analyzed by ESPI to determine the vibration characteristics with tensile loading and without it. vibration mode shapes are quantitatively compared with the result of numerical analysis. The experimental results agree well with those of numerical analysis. we found that when the composite laminate plate is under the tensile loading, vibration modes can be measured with high accuracy by ESPI.
The centrifugal terce acting on a rotating disk creates the in-plane loads in radial and circumferential directions. Application of fiber reinforced composite materials to the relating disk can satisfy the demand for the increment of its rotating speed. However, the existing researches have been confined to lamina disks. This paper deals with the vibration analysis of rotating composite laminate disks. Dynamic equation is formulated in order to calculate the natural frequency and critical speed for rotating laminated disks. Galerkin's method is applied to obtain the series solution. The numerical results are given for the CFRP laminate disks with stacking sequence [0/90]s and [90/0]s.
Thermal deformation behavior has been investigated for unsymmetric laminates composed of various kinds of material layers, such as stainless steel, aluminum, carbon/epoxy or glass/epoxy. The thermal deformations of unsymmetric laminates were predicted using the classical lamination theory and compared with those obtained from experimental measurement. In the case of unsymmetric laminate composed of stainless steel and aluminum layer, the experimental results were agreed well with the values predicted. But in the case of unsymmetric laminate composed of fiber composite layers, there was a considerable difference of thermal deformation between the prediction and experimental measurement, which may be from the change of material properties of fiber composite layers for temperature variation.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제11권3호
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pp.221-226
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2010
The failure of a Kevlar29/Phenolic composite plate under high-velocity impact from an fragment simulation projectile was investigated using the nonlinear explicit finite element code, LS-DYNA. The composite laminate and the impactor were idealized by solid elements, and the interface between the laminas was modeled as a tiebreak type in LS-DYNA. The interaction between the impactor and laminate was simulated using a surface-to-surface eroding contact algorithm. When the stress level meets the given failure criteria, the layer in the element is eroded. Numerical results were verified through existing test results and showed good agreement.
In an effort to construct a structure under the design principle of minimal use of materials for maximum performances, a discrete gradient structure has been introduced in laminate composite systems. Using a sequential linear programming method, the gradient structure of composites to maximize the buckling load was optimized in terms of fiber volume fraction and thickness of each layer. Theoretical optimization results were then verified with experimental ones. The buckling load of laminate composite showed maximum value with the outmost [$0^{\circ}$] layer concentrated by almost all the fibers when the ratio of length to width(aspect ratio) was less than 1.0. But when the aspect ratio was 2.0, the optimum was determined in a structure where the thickness and fiber volume fraction were well balanced in each layer. From the optimization of gradient structure, the optimal fiber volume fraction and thickness of each layer were proposed. Experimental results agreed well with the theoretical ones. Gradient structures have also shown an advantage in the weight reduction of composites compared with the conventional homogeneous structures.
본 연구에서는 복합재료로 구성된 구조물로서 박스거더와 같이 임의의 각도로 연결된 절판을 유한대판법으로 해석하였다. 각 적층판의 강성으로부터 적분에 의하여 판두께 방향의 전체 강성을 구하고 최소 포텐샬 에너지 이론으로부터 구한 평형방정식에 대입하여 전체 강성매트릭스를 구하였다. 슬래브나 박스거더의 변위 함수는 횡 방향의 Hermite 다항식과 종 방향의 조화함수의 결합으로 가정하였다. 종 방향 조화함수는 단부의 경계조건을 만족시키는 함수를 사용하였다. 해석시간의 단축 및 모델링이 쉽다는 장점을 가진 유한대판법은 복합적층 재료로 구성된 박스거더와 같은 절판해석의 경우에도 매우 정확한 해를 얻을 수 있다.
Vibration analysis for some of simple supported antisymmetric composite laminated plate loaded uniformly distributed axial force and attached mass was carried out. Because it is complicated to analysis this type of plate by theory of antisymmetric laminate, possibility for application of theory of special orthotropic laminate was studied, and natural frequency of laminated plate attached mass was calculated. Stiffness $B_{16}$, $B_{26}$, $D_{16}$, $D_{26}$ for this type of antisymmetric laminated plate converge on zero as the number of ply increases and it is possible to use classical theory by reason that considered plate has quasi-homogeneity without relevance to variation of angle. Difference between results by theory of antisymmetric and special orthotropic laminate is 0.36~1.96%, therefore it is convenient to analyze this by use of theory of special orthotropic laminate. When composite laminated plate with attached mass is analyzed range that was able to neglect self-weight of plate was proposed.
Vibration analysis for some of simple supported antisymmetric composite laminated plate loaded uniform axial-loading and attached mass was carried out. Because it is complicated to analyze this type of plate by theory of antisymmetric laminate possibility for application of theory of special orthotropic laminate was studied, and natural frequency of laminated plate attached mass was calculated. Stiffness $B_{16}$, $B_{26}$, $D_{16}$, $D_{26}$ for this type of antisymmetric laminated plate converge on zero as the number of ply increases and it is possible to use classical theory by reason that considered plate has quasi-homogeneity without relevance to variation of angle. Difference between results by theory of antisymmetric and special orthotropic laminate is 0.36~1.96%, therefore it is convenient to analyze this by use of theory of special orthotropic laminate. When composite laminated plate with attached mass is analyzed range that Was able to neglect self-weight of plate was proposed.
Carbon fiber composite laminate has been widely used in the area of sports applications such as race car, golf club, fishing rods, yacht. In this study, carbon fiber composite laminate was used in the rear upright of leisure purposed small size single-seat electric race car to reduce its unsprung mass of suspension system. The focus of this research is to investigate in finding optimal stacking lay-up of rear upright laminated with carbon fiber composite in the early design phase. Forces transferred from circuit road to rear upright were estimated through MBD(Multi-Body Dynamics)model of the rear suspension geometry. To evaluate the strength of the rear upright laminated with carbon fiber composite which generally behaves in an anisotropic or orthotropic manner, FEA(Finite Element Analysis) model suitable for composite materials was built followed by its strength was evaluated depending on different stacking lay-up. The result showed that Symmetric stacking lay-up [$45^{\circ}/-45^{\circ}/90^{\circ}/0^{\circ}$]s for frontal area and symmetric stacking lay-up with 1mm aluminum core [$45^{\circ}/-45^{\circ}/90^{\circ}/Core$]s for rear area were most suitable of 16 lay-up cases from the side of both strength based on Tasi-wu failure index and weight.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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