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Gradient-based Design Optimization of Composite Structures using Double-Double Laminates

Zerbst, David und Tönjes, Lennart und Ückert, Christian und Dähne, Sascha und Werthen, Edgar und Kappel, Erik und Hühne, Christian (2023) Gradient-based Design Optimization of Composite Structures using Double-Double Laminates. 13th EASN International Conference, 2023-09-05 - 2023-09-08, Salerno, Italien.

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Kurzfassung

The Double-Double (DD) family of composite laminates has been proven to be a very promising alternative for designers and manufactures in aerospace engineering. A DD laminate is characterized simply through a balanced building block, comprising four unidirectional layers with ply angles {phi, -psi, -phi, psi}. Assuming the homogenization due to the sufficient repetition of such a DD building block reveals continuous parameter for a laminate stacking, suitable for gradient-based numerical sensitivities. Hence, an optimization strategy is presented using the DD parameterization as design variables in order to derive an optimized thickness and stiffness distribution, which is easy to translate into a refined manufacturable design. Therefore, a gradient-based optimization process is introduced using the modular lightworks framework. The DD composite representation is implemented to a meta-model, based on panel units, where buckling and strength criteria are evaluated analytically. The finite-element-based solver B2000++ is used to provide internal panel load states. Gradients for the objective function as well as the constraints are determined with respect to the DD parameter using finite differences. The proposed method is applied to a least weight problem of a simple wing box, which is well known from literature. The newly implemented DD parameterization is compared to a laminate stacking derived from a lamination parameter-based optimization and a subsequent stacking sequence retrieval. The proposed optimization process provides an efficient option to obtain an optimal and feasible structural design within mono and multidisciplinary aircraft development.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/197176/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Gradient-based Design Optimization of Composite Structures using Double-Double Laminates
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Zerbst, Daviddavid.zerbst (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9988-9166NICHT SPEZIFIZIERT
Tönjes, LennartLennart.Toenjes (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ückert, Christianchristian.ueckert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3707-5642NICHT SPEZIFIZIERT
Dähne, SaschaSascha.Daehne (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3497-3225142262600
Werthen, EdgarEdgar.Werthen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3958-4552NICHT SPEZIFIZIERT
Kappel, ErikErik.Kappel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8760-8451NICHT SPEZIFIZIERT
Hühne, ChristianChristian.Huehne (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2218-1223142262601
Datum:6 September 2023
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Double-Double Laminates, Composites, Optimization
Veranstaltungstitel:13th EASN International Conference
Veranstaltungsort:Salerno, Italien
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:5 September 2023
Veranstaltungsende:8 September 2023
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Komponenten und Systeme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CS - Komponenten und Systeme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Strukturwerkstoffe und Bauweisen
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemleichtbau > Funktionsleichtbau
Hinterlegt von: Zerbst, Dr.-Ing. David
Hinterlegt am:13 Sep 2023 07:25
Letzte Änderung:07 Mai 2024 11:23

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