Dissertação
{en_GB=Optimization of sandwich plates with variable stiffness composite faces: free vibration and buckling behaviour} {} EVALUATED
{pt=Estruturas sanduíche com faces em compósito de rigidez variável combinam características de baixa densidade, proveniente sobretudo do núcleo, com um potencial extraordinário de melhoria da performance estrutural devido à extensão do campo de design, em comparação com sanduíches tradicionais. Na indústria aeroespacial o referido é especialmente relevante, tornando estas estruturas muito atrativas. Neste trabalho, as fibras das faces seguem uma lei de orientação linear. Um estudo da resposta estrutural, anterior à otimização, é realizado, principalmente em vibração e buckling. O objetivo é a identificação de tendências e possíveis correlações existentes entre a evolução da performance e os parâmetros das lâminas (T0 e T1), bem como o impacto da rigidez do núcleo nos resultados. O possível aparecimento de instabilidades locais provocadas pela combinação de fibras curvilíneas nas faces com fibras com um núcleo de baixa rigidez é, também, objetivo de estudo. Com o recurso a um algoritmo genético e ao software Abaqus para a realização das análises estruturais, processos de otimização são realizados. Quatro otimizações uniobjetivo são alvo de estudo: vibração, buckling na direção x e y e buckling com forças de corte. Uma estrutura com dimensões 1x1 m2, espessura do núcleo de 16 mm e espessura de cada face de 2 mm, em que cada face é constituída por quatro lâminas, é submetida a estes processos de otimização. Concluiu-se que, na maioria dos casos de otimização, houve uma melhoria significativa fornecida por estas novas estruturas. Por exemplo, em buckling na direção y, para condições CCCC, houve uma melhoria de 67%., en=Variable stiffness composite sandwich structures combine low density characteristics, provided by the core, with an immense potential of structural performance improvement due to the extended design space in comparison with traditional sandwich. These properties make variable stiffness sandwich structures very appealing for industries such as aerospace. In this work, the structures used possess face sheets that follow a linear fiber orientation law. Prior to the optimization phase, a study regarding the structural behaviour of these structures is made, primarly in terms of vibration and buckling. More concretely, the objective is to identify trends and possible correlations between the performance evolution and the laminas parameters (T0 and T1), as well as the impact of the core stiffness on the results. Possible onset of instabilities caused by face sheets with steered fibers is also investigated. Afterwards, an optimization process is made, resorting to Matlab genetic algorithm, combined with the structural analysis performed on Abaqus, using Python scripts. This process consists in four different uniobjective optimizations: free vibration, buckling in x and y directions and shear buckling. A plate with 1x1 m2, thickness of core of 16 mm and thickness of face sheet of 2 mm, being each face sheet composed of four laminas, is subjected to the optimization processes. It was concluded that, in the vast majority of optimization cases tested, VSS have a better structural performance than CSS. For example, the performance improvement achieved by VSS over CSS, in buckling in y direction, for CCCC boundary conditions, ascended to 67%.}
dezembro 6, 2022, 14:0
Publicação
Obra sujeita a Direitos de Autor
Orientação
ORIENTADOR
Filipa Andreia De Matos Moleiro
Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)
Professor Auxiliar
