Топологическая оптимизация конструкций из короткоармированных композитов с учетом анизотропии материала, определяемой расчетом их литья под давлением
Автор: Куркин Е.И., Кишов Е.А., Лукьянов О.Е., Эспиноса Барсенас О.У.
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Информатика, вычислительная техника и управление
Статья в выпуске: 5 т.22, 2020 года.
Бесплатный доступ
Представлена методика решения связанной задачи топологической оптимизации конструкций из короткоармированных композитов с учетом определения анизотропии материалов путем полного решения задачи литья изделия. Методика рассмотрена на примере оптимизации кронштейна, нагруженного перерезывающей силой. Решение проводится в модуле Ansys Topology Optimization с использованием метода Sequential Convex Programming. Анизотропная постановка задачи включает в себя расчет процесса литья в системе Autodesk Moldflow на сетке, редуцированной промежуточными итерациями топологической оптимизации, и обновлением свойств материала на промежуточных шагах алгоритма на основе программы на языке C. Показано, что учет анизотропии материала может приводить к смещению линий спая за рамки основных несущих элементов конструкции и приводить к росту жесткости конструкций из короткоармированных композиционных материалов. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта мол_а_вед № 18-31-20071.
Композиционный материал, короткие волокна, топологическая оптимизация, анизотропия, литье
Короткий адрес: https://sciup.org/148314241
IDR: 148314241 | DOI: 10.37313/1990-5378-2020-22-5-114-119
Список литературы Топологическая оптимизация конструкций из короткоармированных композитов с учетом анизотропии материала, определяемой расчетом их литья под давлением
- Комаров В. А., Кузнецов А. С. Выбор облика летательного аппарата с использованием технологии многодисциплинарной оптимизации / Самара: СГАУ, 2012. - 76 с.
- Головченко Я.О. Выбор рациональных конструктивно-силовых схем агрегатов самолета из композитов // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. 2014. № 63. - С. 5-11.
- Редько А.А. Выбор в первом приближении конструктивно-силовой схемы крыла на этапе эскизного проектирования // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. 2013. № 62. - С.13-20.
- Комаров В. А. Проектирование силовых схем авиационных конструкций // Актуальные проблемы авиационной науки и техники. М.: Машиностроение, 1984. С. 114-129.
- Eschenauer H.A., Olhoff N. Topology optimization of continuum structures: A review // Appl. Mech. Rev. V. 54. 2001. - P. 331-389.
- Комаров В. А. Рациональное проектирование силовых авиационных конструкций: дисс. ... докт. техн. наук. - Московский авиац. ин-т. - Москва, 1976. - 329 с.
- Komarov V.A., Boldyrev A.V., Kuznetsov A.S., Lapteva M.Yu. Aircraft design using a variable density model/ Aicraft Engineering and Aerospace Techology: An Int Journal, V. 84 (3), 2012. - P. 162-171.
- Bendsoe M.P., Kikuchi N. Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method// Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. V. 71. 1988. -P. 197-224.
- Bendsoe M.P., Sigmund O. Topology optimization: Theory, methods and applications // Springer, 2003. - 370 p.
- Болдырев А.В., Комаров В.А. Проектирование крыльев летательных аппаратов с использованием 3Б-моделей переменной плотности. - Самара: Самар. гос. аэрокосм. ун-т. С.П. Королева (нац. ис-след. ун-т), 2011. - 175 p.
- Dai Y., Feng M., Zhao M. Topology optimization of laminated composite structures with design-dependent loads // Composite Structures, V. 167, 2017. - P. 251-261.
- Coelho P.G., Guedes J.M., Rodrigues H.C. Multiscale topology optimization of bi-material laminated composite structures// Composite Structures, V. 132. 2015. - P. 495-505.
- Мэттьюз Ф., РоллингсР. Мир материалов и технологий. Композиционные материалы. Механика и технология / М.: Техносфера, 2004. - 408 с.
- Folgar F., Tucker Ch. Orientation behavior of fibres in concentrated suspensions// Journal of Reinforced Plastics and Composites, V.3. I.2. 1984. - P. 98-119.
- Eshelby J.D. The determination of the elastic field of an ellipsoidal inclusion, and related problems// R. Soc. Lond. A. Vol. 241. 1957. P.376-396.
- Jain A., Lomov S.V., Abdin Y., Verpoest I., Paepegem W.V. Pseudo-grain discretization and full Mori Tanaka formulation for random heterogeneous media: Predictive abilities for stresses in individual inclusions and the matrix // Composites Science and Technology V.87, 2013. P. 86-93.
- Mishurova T., Rachmatulin N., Fontana P., Oesch T., Bruno G., Radi E., Sevostianov I. Evaluation of the probability density of inhomogeneous fiber orientations by computed tomography and its application to the calculation of the effective properties of a fiber-reinforced composite // International Journal of Engineering Science. V. 122. 2018. - P. 14-29.
- Tandon G.P., Weng G.J. The effect of aspect ratio of inclusions on the elastic properties of unidirectionally aligned composites// Polymer Composites. V. 5. I. 4. 1984. - P. 327-333.
- Laspalas M., Crespo C., Jiménez M.A., Garcia B., Pelegay J.L. Application of micromechanical models for elasticity and failure to short fibre reinforced composites. Numerical implementation and experimental validation //Computers and Structures, V. 86. I. 9. 2008. - P. 977-987.
- Gusev A.A. Finite element estimates of viscoelastic stiffness of short glass fiber reinforced composites // Composite Structures, Vol. 171. 2017. - P. 53-62.
- Ospald F., Herzog R. Topology Optimization for Injection Molding of Short Fiber-Reinforced Plastics // Proc. Appl. Math. Mech. Vol. 17, 2017. - P. 337-338.
- Куркин Е.И., Лукьянов О.Е., Кишов Е.А. Расчет ориентации коротких волокон на конечно-элементной модели, редуцированной алгоритмами топологической оптимизации конструкций // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2019. T. 21. №. 5. - C. 90 - 95.
