In this paper, a methodology is presented for determining the optimal lamination of composite cylindrical structures subject to hydrostatic pressure. The strength criterion in association with the process of optimal design is the buckling collapse of composite cylinders under hydrostatic pressure loads. An empirical formula expressed in the form of the Merchant-Rankine equation is used to calculate the ultimate strength of filament-wound composite cylinders where genetic algorithm is applied for determining the optimized stacking sequences. It is shown that the optimized lamination provides improved collapse pressure loads. It is concluded that the developed method would be useful for the optimal lamination design of composite cylindrical structures.
본 논문에서는 복합재 팬 블레이드의 구조적 성능에 대한 근사 및 최적설계 기법을 제안하였다. 그리고 이들을 활용하여 복합재 팬 블레이드의 질량 및 형상의 변화 없이 강성을 최대화하기 위한 적층 패턴의 최적설계를 수행하였다. 이 때 설계 변수 및 설계 영역을 축소하기 위하여 적층 파라미터를 도입하였고, 적층 파라미터의 특성을 활용하여 높은 적합도를 갖는 반응표면 근사모델을 생성하였다. 또한 효율적인 최적해 탐색을 위해 도함수 기반 방법과 유전자 알고리즘을 결합한 2단계 최적화 방법을 적용하였으며, 다양한 요구조건들을 고려한 다목적 최적설계를 수행하였다. 마지막으로는 초기 모델과 최적설계 모델의 유한요소해석 결과를 비교하여 적층 파라미터 기반의 근사 및 최적설계 기법을 검증하였다.
The purpose of this study was to develop a buckling analysis technique for a windpower system structure under environmental loadings (hydrostatic pressure) using FEM. We analyzed an isotropic material and composite material and made a comparison using buckling pressure formulas. First, finite element analyses for an isotropic material (SC410) were performed to obtain the variation of buckling pressure for the number of elements and boundary conditions in a pressure-shell model, and the numerical results were compared with those of existing empirical formulas. Then, additional finite element analyses based on the results of the isotropic material (SC410) were performed to determine the optimum lamination angle and pattern for a composite material (URN300). The results of the FE analyses for the composite material were also compared with those of existing empirical formulas. The ply orientations (lamination angles) used in the FE analyses were $0^{\circ}$, $15^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$, $75^{\circ}$, and. The lamination patterns in the FE analyses were and. The lamination pattern was assumed to be the equivalent model of. The results of the FE analyses for the isotropic material (SC410) indicated that the optimal values for the number of elements and the boundary conditions were 6000 and both simply supported, respectively. The results of the FE analyses for the composite material (URN300) showed that the optimal ply orientation was $60^{\circ}{\sim}75^{\circ}$.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제9권4호
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pp.373-381
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2017
A Collaborative Optimization (CO) methodology for ring-stiffened composite material pressure hull of underwater vehicle is proposed. Structural stability and material strength are both examined. Lamination parameters of laminated plates are introduced to improve the optimization efficiency. Approximation models are established based on the Ellipsoidal Basis Function (EBF) neural network to replace the finite element analysis in layout optimizers. On the basis of a two-level optimization, the simultaneous structure material collaborative optimization for the pressure vessel is implemented. The optimal configuration of metal liner and frames and composite material is obtained with the comprehensive consideration of structure and material performances. The weight of the composite pressure hull decreases by 30.3% after optimization and the validation is carried out. Collaborative optimization based on the lamination parameters can optimize the composite pressure hull effectively, as well as provide a solution for low efficiency and non-convergence of direct optimization with design variables.
The inductor which is used at low frequency as the main part of magnetic ballast consists of an iron core, a bobbin and coil. The conventional inductor design method is not suitable for the magnetic ballast because it has various variables and is not a unique method for the magnetic ballast. Thus, this paper presents the optimal design method for a lamination type inductor using a magnetic ballast for Metal Halide Lamps. Also, the optimal inductor design method is researched for inductors of dimming ballasts and ignitors that have a gate-triggered structure using a SCR thyristor. By the simulation and experimental results, we showed that the proposed design methods is valid.
An optimization procedure is proposed to determine the optimal stacking sequence on the buckling of laminated composite plates with midplane symmetry under various loading conditions. Classical lamination theory is used for the determination of the critical buckling load of simply supported angle-ply laminates. Analysis is performed by the Galerkin method and Rayleigh-Ritz method. The approximate solution of buckling is replaced by the algorithms that produce generalized eigenvalue problem. Direct search technique is employed to solve the optimization problem effectively. A series of computations is carried out for plates having different aspect ratios, different load ratios and different number of lay-ups.
본 연구에서는 3D 프린팅 FDM 방식의 적층 방향에 따라 기계적 물성이 달라지는 이방성 특성을 확인하고 이를 이용하여 위상 최적설계를 수행하였다. 벤치마크 문제인 자동차 현가장치 부품 중 하나인 로어 컨트롤 암에 대하여 밀도법 기반 위상 최적설계를 수행하였으며, 외부 하중과 이방성 특성에 따라 위상 최적결과가 다르게 나타나는 것을 확인하였다. 이를 이용하여 최적화된 모델에 대하여 3D 프린터로 적층 방향을 달리하여 2가지 시험품을 제작하였으며 인장시험을 수행하였다. 시험시 3D 비접촉 변형률 측정기를 이용하여 변형률을 구하였으며 이를 CAE 응답해석으로 얻은 변형률과 비교한 결과가 정량 및 정성적으로 일치하는 것을 확인하였다. 3D 프린팅 적층 방향을 고려한 위상 최적모델의 인장 실험 결과를 통해 해당 최적설계 방법론의 유효성을 검증하였다.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제14권4호
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pp.334-340
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2013
This paper deals with the optimization of blade stiffened composite panels. The main objective of the research is to make response surfaces for the constraints. The response surface for warping thermal deformation was previously made for a fixed dimension composite structure. In this study, the dimensions of the blade stiffener were treated as design variables. This meant that a new response surface technique was required for the constraints. For the response surfaces, the lamination parameters, linear thermal expansions and dimensions of the structures were used as variables. A genetic algorithm was adopted as an optimizer, and an optimal result, which satisfied two constraints, was obtained. As a result, a new response surface was obtained, for predicting warping thermal deformation.
The analysis of the thin lamination model of the amorphous transformer by FEM requires many region, divisions and much calculating tine, and it has difficulty in calculating for mordern computer. A new method which is simulated by a solid but anisotropic block with the magnetic permeabilities in two orthogonal directions selected to account for the presence of the laminations. [1] Based on this equivalent anisotropic block model, we analyzed the iron loss of the amorphous transformer by FEM, and presented an optimal design example of core dimensions for minimizing the iron loss.
Akbulut, Mustafa;Sarac, Abdulhamit;Ertas, Ahmet H.
Advances in Computational Design
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제5권3호
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pp.209-231
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2020
In order to evaluate the performance of three heuristic optimization algorithms, namely, simulated annealing (SA), genetic algorithm (GA) and particle swarm optimization (PSO) for optimal stacking sequence of laminated composite plates with respect to critical buckling load and non-dimensional natural frequencies, a multi-objective optimization procedure is developed using the weighted summation method. Classical lamination theory and first order shear deformation theory are employed for critical buckling load and natural frequency computations respectively. The analytical critical buckling load and finite element calculation schemes for natural frequencies are validated through the results obtained from literature. The comparative study takes into consideration solution and computational time parameters of the three algorithms in the statistical evaluation scheme. The results indicate that particle swarm optimization (PSO) considerably outperforms the remaining two methods for the special problem considered in the study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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