Optimal design of fiber-reinforced composite disks

• Autorzy: Dems K. , Wiśniewski J.

Warianty tytułu

PL

Optymalne projektowanie tarcz kompozytowych wzmocnionych włóknami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper is devoted to the modeling, analysis and optimization encountered in the design process of two-dimensional structural components made of fiber-reinforced composite materials subjected to service loading. The problem of optimal layout of reinforcing fibers in the composite in order to obtain the assumed mechanical properties of the disk is considered. The case of creation of linear and curvilinear fibers is discussed. The adequate model, relevant optimality conditions for this type of design problem are derived and the optimization procedure based on the evolutionary algorithm is proposed. The problem considered in the paper is illustrated by some numerical examples.

PL

Praca dotyczy zagadnień modelowania, analizy i optymalizacji zachodzących w procesie projektowania płaskich, dwuwymiarowych elementów konstrukcyjnych wykonanych z materiałów kompozytowych i obciążonych statycznie siłami działającymi w ich płaszczyźnie. Rozpatrzono problem projektowania optymalnego ułożenia włókien wzmacniających w kompozycie pod kątem uzyskania przez element konstrukcyjny wykonany z tego materiału wymaganych własności mechanicznych. Rozważania dotyczyły sposobu projektowania oraz generowania rodziny prostoliniowych, jak również krzywoliniowych włókien wzmacniających. Do poszukiwania optymalnych rozwiązań zastosowano opracowaną do tego celu metodę optymalizacyjną opartą na algorytmie ewolucyjnym. Rozpatrywany w pracy problem zilustrowano przykładami numerycznymi.

Słowa kluczowe

EN

composite material; fibers layout; optimal design; evolutionary algorithm

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 47 nr 3
• Strony: 515--535
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dems K.

autor

Wiśniewski J.

• Technical University of Lodz, Department of Technical Mechanics and Informatics, Łódź, Poland,

Bibliografia

• 1. Adams D.F., Doner D.R., 1967a, Longitudinal shear loading of a unidirectional composite, Journal of Composite Materials, January, 4-17
• 2. Adams D.F., Doner D.R., 1967b, Transverse normal loading of a unidirectional composite, Journal of Composite Materials, April, 152-164
• 3. Dems K., 1986, Sensitivity analysis and optimal design for fiber reinforced composite disks, Structural Optimization, 11, 178-186
• 4. Dems K., Wiśniewski J., 2006, Design of fiber layout in multi-layer composites using hybrid algorithms, Foundations of Civil and Environmental Engineering, 6, 53-77
• 5. Dems K., Wiśniewski J., 2007, Stiffness optimization of fiber-reinforced composites, Proc. 17-th International Conference on Computer Methods in Mechanics, CD, 1-8
• 6. Findeisen W., Szymanowski J., Wierzbicki A., 1980, Teoria i metody obliczeniowe optymalizacji, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa [in Polish]
• 7. Foye R.L., 1966, An evaluation of various engineering estimates of transverse properties of unidirectional composites, Proc. 10-th Nat. Symp. Soc. Aerosp. Mater. Process Eng., G31-G42.
• 8. German J., 1996, Podstawy mechaniki kompozytów włóknistych,Wydawnictwa Politechniki Krakowskiej, Kraków [in Polish]
• 9. Halpin J.C., Tsai S.W., 1969, Effects of environmental factors on composite materials, AFML-TR, June, 67-423
• 10. Kiciak P., 2000, Podstawy modelowania krzywych i powierzchni – zastosowanie w grafice komputerowej, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa [in Polish]
• 11. Michalewicz Z., 1996, Genetic Algorithms + Data Structures = Evolution Programs, Springer-Verlag, Berlin
• 12. Tsai S.W., Wu E.M., 1971, A general theory of strength for anisotropic materials, Journal of Composite Materials, January, 58-80
• 13. Zienkiewicz O.C., 1971, The Finite Element Method in Engineering Science, McGraw-Hill, London