دانلود ترجمه مقاله بهینه سازی وزن پانل های کامپوزیتی مقاوم در برابر آسیب – الزویر 2009

بهینه سازی وزن پانل های کامپوزیتی مقاوم در برابر آسیب با برآورد هزینه استقرايی هزينه

Weight optimisation of damage resistant composite panels with a posteriori cost evaluation

چكيده

1- مقدمه

2- روش‌ها و اجرای FEM

3- هندسه‌ی پنل و مدل FEM

4- نتایج و بحث

4-1 مقاومت کمانش پنل سخت شونده‌ی T شکل

4-2 کمانش و مقاومت در برابر آسیب در پنل‌های سخت شونده‌ی T شکل

4-3 مقاومت کمانش پنل سخت شونده‌ی I شکل

4-4 کمانش و مقاومت در برابر آسیب در پنل‌های سخت شونده‌ی I شکل

4-5 برآورد هزینه‌های سیکل عمر با استفاده از تنظیمات بهینه‌سازی

5- نتیجه‌گیری

سپاسگذاری‌ها

چکیده

در مقاله‌ حاضر تلاش شده تا یک روش بهینه‌سازی جدید برای پنل‌های کامپوزیتي تقویت شده‌ی مقاوم در برابر آسیب، براساس الگوریتم‌های ژنتیک و در جهت رسيدن به حداقل معیار وزن ارائه شود. به منظور انجام این کار، ابتدا، روش‌های کم نمودن وزن برای پيکربندى پنل با تيرهايT و I شکلی كه قيد مقاومت در برابر کمانش را ايجاد مي‌كنند، مورد بررسی قرار گرفته است. برخی از روش‌های کم نمودن وزن، فقط بر روی مقاومت کمانش اعمال می‌شوند، تا قادر به حفظ حداقل بار کمانش باشند، در حالی‌که روش‌های دیگر بر روی کمانش و مقاومت در برابر آسیب اعمال می‌شوند، به عبارت دیگر، این روش‌ها، هم‌زمان قادر به حفظ بار کمانش و مقاومت در برابر انرژی ضربه بدون ایجاد آسیب قابل توجه هستند.

سپس ارزیابی استقرايي هزینه برای يافتن بهترین روش کم نمودن وزن انجام می‌شود. در این فرآیند ارزشیابی، به‌صورت هم‌زمان، هزینه‌های تولید که به فرآیند تولید انتخاب شده و پیکربندی هندسی بستگی دارد و هزینه‌های نگهداری که به تأثیر حوادث ضربه‌اي و تعمیرات متعاقب آن مربوط مي‌شود، بررسی مي‌شود. در نهایت، تاثیر آسیب ضربه‌اي و قيود مقاومت کمانش در هزینه‌های پنل کامپوزیتی تقویت شده، مورد بحث و نقد قرار می‌گیرد و نکات مفیدي در راستاي طراحی کامپوزیت از نظر اقتصادي ارائه مي‌شود.

5- نتیجه‌گیری

پنل‌های کامپوزیتی سخت شونده حاوی کمانش و مقاومت در برابر آسیب، با اتخاذ و معرفی فرآیند بهینه‌سازی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک، طراحی شدند و شیوه‌ی به‌دست آوردن حداقل وزن با توجه به عملکرد محدودیت‌های اضافی حاصل شده است. مقدار حداقل وزن پنل‌های سخت شونده‌ی Tو I شکلی، با توجه به بار کمانش به‌دست آمده است. در حالی که دیگر جواب‌های کم نمودن وزن تحت تأثیر بار تحمیل شده است. در حالت کلی، پیکربندی مقاومت در برابر آسیب بزرگتر از (16 الی 18% تفاوت در وزن) حالت مقاومت بدون آسیب است. یک تفاوت وزن بین پیکربندی پنل‌های سخت شونده‌ی T و I شکلی مشاهده می‌گردد. مطابق با انتظار پنل سخت شونده‌ی I شکلی به دلیل بزرگ بودن ممان اینرسی، سبک‌تر است (3 الی 4% تفاوت در وزن). هزینه‌ها برای همه‌ی حالت‌ها و پیکربندی‌ها ارزیابی شده است. در مورد هزینه‌های سیکل زمانی، مقاومت در برابر آسیب مؤثرتر یافت شده است و هزینه‌ی آن نزدیک 30% از حالت مقاومت بدون آسیب کمتر گردیده است. در حقیقت افزایش هزینه‌های تولید به دلیل افزایش وزن است که سبب ذخیره‌ی هزینه در غیاب هزینه‌های تعمیر می‌گردد. این نتایج در مورد تأثیر مقاومت در برابر آسیب بر عملکرد و هزینه‌های مؤلفه‌های کامپوزیتی بوده است که نتایج متضاد به‌دست آمده باید در هنگام طراحی مواد کامپوزیتی در نظر گرفته شود. حتی اگر جواب‌های بسیار جالب ارائه گردد، توسعه‌ی فرآیند بهینه‌سازی می‌تواند با از بین بردن فرضیه‌ی مکان تأثیر و احتمالات بهبود پیدا کند و با در نظر گرفتن هزینه‌ها به‌عنوان یک تابع هدف اضافی عمل نماید.

Abstract

In the present paper, we attempt a novel optimisation strategy for damage resistant composite stiffened panels based on genetic algorithms and oriented towards the satisfaction of minimum weight criteria. In order to accomplish this task, first, minimum weight solutions for panel configurations with T and I stringers, satisfying the buckling resistance constraint are examined. Some minimum weight solutions are imposed to be buckling resistant only, that is, capable to sustain a given minimum admissible buckling load, while other solutions are imposed to be buckling and damage resistant, in other words, capable to sustain a given admissible buckling load being at the same time able to resist to a given impact energy without developing significant damage. Then a-posteriori evaluation of costs is performed for the best minimum weight solutions. Such an evaluation takes, at the same time, into account the manufacturing costs, which depend on the selected manufacturing process and on the geometrical configuration, and the maintenance costs which are related to impact events and consequent repairing actions. Finally, the influence of the impact damage and buckling resistance constraints on the stiffened composite panel’s costs is critically discussed providing useful considerations oriented to a cost effective composites design.

5- Conclusions

Buckling and damage resistant composite stiffened panels have been designed by adopting the introduced optimisation procedure, based on genetic algorithms and oriented to the satisfaction of the minimum weight criterion with additional constraints on performances. Some T and I-stiffened panels minimum weight solutions have been asked to sustain a given admissible buckling load, while other minimum weight solutions have been imposed to be capable to sustain also a given impact load. In general, damage resistant configurations have been found heavier (16–18% difference in weight) than the no damage resistance ones. A slight difference in terms of weight have been observed between the T and I-stiffened panels configurations; as expected, the I-stiffened panel configurations have been found lighter (3–4% difference in weight) due to the higher moment of inertia. Costs have been roughly evaluated for all the analysed configurations. In terms of life cycle costs, the damage resistant configurations have been found more effective being around 30% less expensive than the no damage resistant ones. In fact the increasing in manufacturing costs due to the increase in weight is overtaken by the cost saving due to the absence of repair costs. These results about the influence of the damage resistance on the performance and costs of composite components are representative of the contrasting trends which should be taken into account when designing with composite materials. Even if it is able to provide very interesting solutions, the developed optimisation procedure could be further improved by removing the hypotheses on impact locations and probability and by considering the costs as an additional target function.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بهینه سازی وزن پانل های کامپوزیتی مقاوم در برابر آسیب با برآورد هزینه استقرايی هزينه

Weight optimisation of damage resistant composite panels with a posteriori cost evaluation