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Lightworks, a scientific research framework for the design of stiffened composite-panel structures using gradient-based optimization

Dähne, Sascha und Werthen, Edgar und Zerbst, David und Tönjes, Lennart und Traub, Hendrik und Hühne, Christian (2024) Lightworks, a scientific research framework for the design of stiffened composite-panel structures using gradient-based optimization. Structural and Multidisciplinary Optimization. Springer. doi: 10.1007/s00158-024-03783-1. ISSN 1615-147X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s00158-024-03783-1

Kurzfassung

Efficient structural optimization remains integral in advancing lightweight structures, particularly concerning the mitigation of environmental impact in air transportation systems. Varying levels of detail prove useful for different applications and design phases. The lightworks framework presents a modular approach, for the consideration of individual design parameterizations and structural solvers for the numerical optimization of thin-walled structures. The framework provides the combination of lightweight fibre composite design and the incorporation of stiffeners for a gradient-based optimization process. Therefore, an analytical stiffener formulation is implemented in combination with different continuous composite material parameterizations. This approach allows the analysis of local buckling modes, as well as the consideration of load redistribution between stringer and skin. The flexibility achieved in this way allows a tailored configuration of the optimization problem to the required level of complexity. A verification of the framework's implementation is carried out using established literature results of a simplified unstiffened wing box structure, where a very good agreement is shown. The accessibility of solvers with different fidelity through a generic solver interface is demonstrated. Furthermore, the usage of the implemented continuous composite parameterizations as design variables is compared in terms of computational performance and mass, providing different advantages and disadvantages. Finally, introducing stringer into the wing box use case demonstrates a 38% mass reduction, showcasing the potential of the inline optimization of stiffeners.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/204367/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Lightworks, a scientific research framework for the design of stiffened composite-panel structures using gradient-based optimization
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Dähne, SaschaSascha.Daehne (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3497-3225160784434
Werthen, EdgarEdgar.Werthen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3958-4552NICHT SPEZIFIZIERT
Zerbst, Daviddavid.zerbst (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9988-9166NICHT SPEZIFIZIERT
Tönjes, LennartLennart.Toenjes (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8796-0685NICHT SPEZIFIZIERT
Traub, Hendrikh.traub (at) tu-braunschweig.dehttps://orcid.org/0000-0002-7814-0981NICHT SPEZIFIZIERT
Hühne, ChristianChristian.Huehne (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2218-1223160784435
Datum:11 Mai 2024
Erschienen in:Structural and Multidisciplinary Optimization
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1007/s00158-024-03783-1
Verlag:Springer
ISSN:1615-147X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Python, lamination parameter, smeared stiffener, composite wing, optimization, Framework
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, L - Digitale Technologien
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemleichtbau > Funktionsleichtbau
Hinterlegt von: Dähne, Sascha
Hinterlegt am:03 Jun 2024 05:20
Letzte Änderung:03 Jun 2024 05:20

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