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Equivalent plate formulation of Double-Double laminates for the gradient-based design optimization of composite structures

Zerbst, David und Tönjes, Lennart und Dähne, Sascha und Werthen, Edgar und Kappel, Erik und Hühne, Christian (2024) Equivalent plate formulation of Double-Double laminates for the gradient-based design optimization of composite structures. Composite Structures (354), Seite 118786. Elsevier. doi: 10.1016/j.compstruct.2024.118786. ISSN 0263-8223.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2024.118786

Kurzfassung

The Double-Double concept of composite laminates suggests huge simplifications in aerospace structural design and manufacturing. This work presents a homogenized composite formulation introducing an analytical DD equivalent plate. Additionally, an optimization strategy is proposed using the DD parameterization as design variables to derive an optimized thickness and stiffness distribution on the basis of gradient-based numerical sensitivities. The method is applied to a simple wing box benchmark model for composite design applications. Based on this model, the usage of gradients is verified for the newly implemented DD formulation with a global optimum and a robust convergence. Furthermore, the DD design is compared to a lamination parameter-based optimization of conventional Quad laminates. The DD optimized wing box shows small weight gains, due to the fact that one building block is distributed to an assembly of panels, whereas the Quad design provides individual optimality for each design region. At the same time, the proposed DD optimization process shows lower computational efforts, due to a lower amount of variables and constraints, while all laminate manufacturing constraints are implicitly fulfilled. Thus, the introduced DD formulation provides an efficient option to obtain a feasible structural design and therefore improve the maturity level for early aircraft design phases.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/211084/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Equivalent plate formulation of Double-Double laminates for the gradient-based design optimization of composite structures
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
Dähne, SaschaSascha.Daehne (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3497-3225174166971
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/0000-0002-2218-1223174166972
Datum:2024
Erschienen in:Composite Structures
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.compstruct.2024.118786
Seitenbereich:Seite 118786
Verlag:Elsevier
ISSN:0263-8223
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Composite design, Gradient-based optimization, Double-Double laminates, Lamination parameter
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HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Komponenten und Systeme
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DLR - Forschungsgebiet:L CS - Komponenten und Systeme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Strukturwerkstoffe und Bauweisen, L - Virtuelles Flugzeug und Validierung, L - Werkstoffe und Herstellverfahren
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemleichtbau > Funktionsleichtbau
Hinterlegt von: Zerbst, Dr.-Ing. David
Hinterlegt am:20 Dez 2024 06:32
Letzte Änderung:20 Dez 2024 06:32

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