Багатокритеріальна оптимізація композитних панелей із реберним підкріпленням при комбінованому навантаженні
Ключові слова:
композитні панелі, ребра жорсткості, векторна оптимізація, інтегральний критерій якості, людино-машинна процедураАнотація
Мета. Дослідження спрямоване на пошук конструктивного балансу між масою та вартістю композитних панелей з ребрами жорсткості, які зазнають комбінованого навантаження. Оптимізація проводилася з урахуванням реальних умов експлуатації, коли незначне покращення одного з параметрів може істотно вплинути на ефективність конструкції. Дизайн / Метод / Підхід. Робота інтегрує інженерну механіку та математичне моделювання з побудовою векторної моделі оптимізації, для розв’язання якої застосовано процедуру формування інтегрального критерію якості, що враховує експертні оцінки та принцип гарантованого результату. Висновки. Запропонована методика дозволяє не лише визначити оптимальні параметри для панелей з різними варіантами підкріплення, а й забезпечує гнучкість адаптації під змінні навантаження та обмеження. Модель успішно протестована на прикладі шести сценаріїв навантаження для панелей із прямокутними й кутовими ребрами. Теоретичні наслідки. Розробка робить внесок у розвиток багатокритеріальної оптимізації композитних конструкцій через уточнення моделей і розширення принципів оцінки компромісу між критеріями. Це закладає підґрунтя для подальших досліджень у сфері проєктування літальних апаратів, де критерії можуть суперечити один одному. Практичні наслідки. Результати лягли в основу створення програмного комплексу, що дозволяє визначати найдоцільніші варіанти конструкційного підкріплення залежно від обмежень і вимог. Оригінальність / Цінність. Людино-машинна процедура, що лежить в основі підходу, уможливлює врахування експертної інтуїції без втрати точності математичного моделювання — вкрай цінне для галузей, де кожен грам ваги та кожна гривня витрат мають критичне значення. Обмеження дослідження / Подальші дослідження. Основне обмеження полягає у використанні лише двох критеріях – маси й вартості. Подальші розвідки доцільно спрямувати на розширення кількості показників. Тип статті. Прикладне дослідження.
Завантажити
Посилання
Alsubari, S. M., Chaffoui, H., & Nagi, S. (2024). Analysis of laminated Composite Structures. Journal of Amran University, 4(8), 10. https://doi.org/10.59145/jaust.v4i8.103
Cheng, F., Jia, H., Ding, W., Zuo, W., & Fang, Y. (2025). Fail-safe topology optimization for fiber-reinforced composite structures. Composite Structures, 364, 119145. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2025.119145
Cho, H.-K. (2018). Optimization of laminated composite cylindrical shells to maximize resistance to buckling and failure when subjected to axial and torsional loads. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 19(1), 85–95. https://doi.org/10.1007/s12541-018-0010-6
Farooq, U., & Myler, P. (2017). Efficient Determination of Mechanical Properties of Carbon Fibre-Reinforced Laminated Composite Panels. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 12(5) https://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2017/jeas_0317_5772.pdf
Farooq, U., Myler, P., & Siddique, V. (2021). Experimental and Micro-Macro Mechanics Methods in Prediction of Mechanical Properties of Carbon Fibre-Reinforced Composite Panels. International Journal of Scientific Engineering and Science, 5(7), 58-73. http://ijses.com/wp-content/uploads/2021/08/98-IJSES-V5N7.pdf
Fina, M., & Bisagni, C. (2025). Buckling design optimization of tow-steered composite panels and cylindrical shells considering aleatory and epistemic uncertainties. Computational Mechanics. https://doi.org/10.1007/s00466-024-02589-8
Inés, M., & Almeida, A. D. (2009). Structural Behaviour of Composite Sandwich Panels for Applications in the Construction Industry [M.Sc. Thesis Extended Abstract], Técnico Lisboa. https://e.surl.li/utl-2009
Kermani, A., & Ehsani, A. (2022). Multi-objective optimization of a sandwich structure with a hybrid composite grid core. Advances in Structural Engineering, 26(1), 137–152. https://doi.org/10.1177/13694332221120852
Lv, H., Shi, S., Chen, B., Wen, Z., & Sun, Z. (2024). Multi-objective stiffness and mass optimization of bio‐inspired hierarchical grid-honeycomb sandwich structures with cutouts considering buckling constraints. Polymer Composites, 46(2), 1884–1903. Portico. https://doi.org/10.1002/pc.29080
Mormul, M., Shchytov, D., Shchytov, O., & Rudyanova, T. (2023). Aspects of multi-criterion selection of administrative decisions [In Ukrainian]. Sworld-Us Conference Proceedings, usc18-01, 34–40. https://doi.org/10.30888/2709-2267.2023-18-01-010
Pandey, A., Upadhyay, A. K., & Shukla, K. K. (2023). Multi-objective optimization of multi-core composite aluminum honeycomb sandwich panels for improved crashworthiness. International Journal for Computational Methods in Engineering Science and Mechanics, 24(6), 391–405. https://doi.org/10.1080/15502287.2023.2212015
Reddy, J. N. (2003). Mechanics of Laminated Composite Plates and Shells: Theory and Analysis. CRC Press. https://doi.org/10.1201/b12409
Savran, M., & Aydin, L. (2022). Natural frequency and buckling optimization considering weight saving for hybrid graphite/epoxy-sitka spruce and graphite-flax/epoxy laminated composite plates using stochastic methods. Mechanics of Advanced Materials and Structures, 30(13), 2637–2650. https://doi.org/10.1080/15376494.2022.2061656
Seyyedrahmani, F., Khandar Shahabad, P., Serhat, G., Bediz, B., & Basdogan, I. (2022). Multi-objective optimization of composite sandwich panels using lamination parameters and spectral Chebyshev method. Composite Structures, 289, 115417. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.115417
Shyika, V. I. (2022). Optimization of strength and mass properties of composite aircraft panels [M.Sc. Thesis in Ukrainian]. NTUU KPI. https://ela.kpi.ua/handle/123456789/51724
Xiao, Y., Wu, Z., Zhang, X., & Ren, X. (2022). Multi-Objective Optimization for Curvilinearly Stiffened Porous Sandwich Plates Reinforced with Graphene Nanoplatelets. AIAA Journal, 60(12), 6825–6841. https://doi.org/10.2514/1.j061757
Yoo, K., Bacarreza, O., & Aliabadi, M. H. F. (2021). Multi-fidelity robust design optimisation for composite structures based on low-fidelity models using successive high-fidelity corrections. Composite Structures, 259, 113477. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.113477
Zhang, T., Wei, Z., Wang, L., Xue, Z., Wang, S., Wang, P., Qi, B., & Yue, Z. (2025). Multi-objective optimization of composite stiffened panels for mass and buckling load using PNN-NSGA-III algorithm and TOPSIS method. Thin-Walled Structures, 209, 112878. https://doi.org/10.1016/j.tws.2024.112878
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Категорії
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Mykola Mormul, Oleksandr Shchytov, Dmytro Shchytov (Author)
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Всі статті, опубліковані в журналі Challenges and Issues of Modern Science, ліцензовані за ліцензією Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY). Це означає, що ви можете:
- Поширювати, копіювати та передавати статтю
- Адаптувати, реміксувати та створювати похідні роботи на основі статті
за умови, що ви надаєте належне посилання на оригінальну роботу, вказуєте ім'я авторів, назву статті, журнал та наявність ліцензії CC BY. Будь-яке використання матеріалів не повинно припускати схвалення авторами або журналом використаного матеріалу.
