The optimal design for stiffened laminate composite cylindrical shells under combined loads is studied by a nonlinear mathematical search algorithm. The optimal design is accomplished with the CONMIN. several types of buckling modes with maximum allowable stresses and strains are included as constraints in the optimal design process, such as general buckling, panel buckling with either stringers or rings smeared out, local skin buckling, local crippling of stiffener segments. Rectangular or T type stringers and rectangular rings are used for stiffened laminate composite cylindrical shells.
Sunny, Mohammed R.;Mulani, Sameer B.;Sanyal, Subrata;Kapania, Rakesh K.
Advances in Computational Design
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제1권3호
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pp.235-251
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2016
We have performed a design optimization of a stiffened panel with curvilinear stiffeners using an artificial neural network (ANN) residual kriging based surrogate modeling approach. The ANN residual kriging based surrogate modeling involves two steps. In the first step, we approximate the objective function using ANN. In the next step we use kriging to model the residue. We optimize the panel in an iterative way. Each iteration involves two steps-shape optimization and size optimization. For both shape and size optimization, we use ANN residual kriging based surrogate model. At each optimization step, we do an initial sampling and fit an ANN residual kriging model for the objective function. Then we keep updating this surrogate model using an adaptive sampling algorithm until the minimum value of the objective function converges. The comparison of the design obtained using our optimization scheme with that obtained using a traditional genetic algorithm (GA) based optimization scheme shows satisfactory agreement. However, with this surrogate model based approach we reach optimum design with less computation effort as compared to the GA based approach which does not use any surrogate model.
본 연구에서는 여러가지 하중조건하에서 단순지지된 보강원통셸의 최소중량화 설계문제를 CONMIN을 사용하여 해석하고, 일반적인 대칭적층[0/.+-..theta./90]$_{s}$ 의 복합 적층원통셸, 복합적층honeycomb sandwich원통셸, 그리고 보강된 복합적층원통셸의 최 소중량화 설계문제에도 확장 적용한다. 설계변수(design variable)로는 등방성재료 인 경우와 복합적층인 경우 최대 9개, 부등제한조건으로는 전체좌굴(general buckling ), 준전체좌굴(panel buckling), 판 및 보강재의 국부좌굴(local cripping), 로링모드 (rolling mode), 그리고 응력과 변형률제한 등의 성질제한조건(behavior constraints) 과 설계변수의 상, 하한을 나타내는 기하학적 제한(side constraints)등 최대 32개를 설정한다. 본 최소중량화 설계예에서는 보강재의 최적단면형상을 검토하기 위하여 직사각형(R)형, I형, 그리고 T형 단면 등의 보강재들을 사용한다.
International Journal of Aerospace System Engineering
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제7권1호
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pp.7-15
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2020
In this paper the crack growth, modeling, and simulation of the stiffened and un-stiffened cracked panels presented using commercially available finite element software packages. Computation of stresses and convergence of stress intensity factor for single edge notch (SEN) specimens carried out using the finite element method (FEM) and extended finite element method (XFEM) and compared with an analytical solution. XFEM techniques like cohesive segment method and LEFM using virtual crack closure technique (VCCT), used for crack growth analysis and presented results for un-stiffened and stiffened panels considering various crack domain. The non-linear analysis considering both geometric and material non-linearity on stiffened panels with various stringers like a blade, L, inverted T and Z sections the results were presented. Arrived at the optimum stringer section type for the considered panel under axial loading from the numerical analysis.
The optimal design for stiffened laminated composite cylindrical panels under axial compression was studied using linear and nonlinear deformation theories by finite difference energy methods. Various panel structures was made from Carbon/Epoxy USN125 prepreg and considered 3 types stiffeners. Optimal design analyses of panel structure are carried out by the nonlinear search optimizer, ADS. This optimal design results are compared to the FEM result using ANSYS.
This study is simulation about buckling behavior under axial compression which is cylindrical panel laminated USN125 and USN150 made by various winding angle. And also this study compare with linear and nonlinear FDEM theory, and FEM theory. To solve the objective function and the design variables, this study use the linear and nonlinear buckling theories or FDEM and nonlinear search optimum design method of ADS for minimum weight design on which stiffened laminated composite cylindrical panel with stiffener that R-type section.
This paper presents estimation of average compressive strengths of three types of stiffened panels under lateral pressure and axial compression based on simplified formulas from CSRs and nonlinear FEAs. FEA scenarios are prepared based on the slenderness ratios of the stiffened panels used for in-service vessels. The seven step lateral pressures by 1bar increment are imposed on FE models assuming maximum 30m water height. The number of FEAs for FB-, AB-, and TB-stiffened panels is totally 189 times. FEA results show that existence of pressure can evolves significant reduction of ultimate strengths, meanwhile CSR formulas do not take into account the lateral pressure effect. Lateral pressure acting on the stiffened panel with higher column slenderness ratio more reduces the ultimate strengths than those with smaller column slenderness ratio. A new concept of relative average compressive strain energy instead of the ultimate strength is introduced in order to rationally compare the average compressive strength through complete compressive straining regime. The differences of the ultimate strengths between CSR formulas and FEA results are relatively small for FB- and AB-stiffened panels, but larger discrepancies of relative average compressive strain energies are shown.
Ashish K. Singh;Anwesha Pal;Shashi Kumar;Anuja Roy;Atanu Sahu
Structural Engineering and Mechanics
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제89권5호
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pp.437-452
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2024
Functionally graded materials (FGMs) have gained substantial attention from researchers due to their exceptional strength and thermal resistance. Their utilization in the aviation and automobile industries has significantly improved the efficiency of various structural components. Moreover, stiffened panels find wide applications in aerospace and automobile structures and these panels are frequently exposed to extreme environments. It is from this perspective that our research is focused on analysing the vibroacoustic response of stiffened functionally graded panels subjected to external dynamic excitations in a thermal environment. In the present research work, a finite element model is developed to conduct the dynamic analysis of functionally graded stiffened panels using the first-order shear deformation theory. Subsequently, a boundary element based model is also developed and coupled with the finite element model to investigate the sound radiation behaviour of those panels in a thermal environment. The material properties of FG stiffened panels are considered as temperature dependent, while the thermal environment is assumed to be acting as linearly varying through the panel's thickness. The present investigation aim to compare the vibroacoustic responses of different panels due to stiffener orientations, material compositions, power law indices and plate thicknesses at various temperatures. The research findings highlight the significant impact of addition of stiffeners, its orientation and material compositions on the sound radiation characteristics of these panels under thermal environments. The present numerical model can easily be employed for analysing the sound radiation behaviour of other types of flat or curved stiffened panels having arbitrary geometry and boundary conditions.
Kalgutkar, Akshay Prakash;Banerjee, Sauvik;Rajanna, T.
Steel and Composite Structures
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제42권4호
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pp.427-446
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2022
Cutouts in the beams or plates are often unavoidable due to inspection, maintenance, ventilation, structural aesthetics purpose, and sometimes to lighten the structures. Therefore, there will be a substantial reduction in the strength of the structure due to the introduction of the cutouts. However, these cutouts can be reinforced with the different patterns of ribs (stiffener) to enhance the strength of the structure. The present study highlights the influence of the elliptical cutout reinforced with a different pattern of ribs on the stability performance of such stiffened composite panels subjected to non-uniform edge loads by employing the Finite element (FE) technique. In the present formulation, a 9-noded heterosis element is used to model the skin, and a 3-noded isoparametric beam element is used to simulate the rib that is attached around a cutout in different patterns. The displacement compatibility condition is employed between the plate and stiffener, and arbitrary orientations are taken care by introducing respective transformation matrices. The effect of shear deformation and rotary inertia are incorporated in the formulation. A new mesh configuration is developed to house the attached ribs around an elliptical cutout with different patterns. Initially, a study is performed on the panels with different stiffener schemes for various ply orientations and for different stiffener depth to width ratios (ds/bs) to determine an optimal stiffener configuration. Further, various parametric studies are conducted on an obtained optimal stiffened panel to understand the effect of cutout size, cutout orientation, panel aspect ratio, and boundary conditions. Finally, from the analysis, it can be observed that the arrangement of the stiffener attached to a panel has a major impact on the buckling capacity of the stiffened panel. The stiffener's depth to width ratio also significantly influences the buckling characteristic.
Skin-stringer structures are widely used in aircrafts due to their advantage of minimizing structural weight while maintaining load carrying capacity. However, buckling load can cause serious damage to these structures. Therefore, the buckling characteristics of skin-stringer structures should be carefully considered during the design phase to ensure structural soundness. In this study, finite element method was applied to predict the buckling characteristics of stiffened panels. In terms of the failure mode, finite element analysis showed a symmetrical buckling mode, whereas an asymmetrical mode was determined by experimentation. The numerical results were obtained and compared to the experimental data, showing a difference of 9.3% with regard to the buckling loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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