Improving the strength of laminated composite plates with a cutout using optimal local reinforcements

Kompozit yapılar, çeşitli fonksiyonel amaçlar için bölgesel delikler açıldığında yapısal olarak zayıflar. Tüm yapının kalınlığını eşit olarak artırmak yerine, kesitlerin etrafındaki bölgenin yerel olarak güçlendirilmesi, süreksizlik olan bir yapının yük taşıma kapasitesini artırmanın çok daha etkili bir yoludur. Bu çalışmanın amacı, bir kompozit plakada delik etrafına yerleştirilen güçlendirici katmanların optimum tasarımını bularak, en az güçlendirici malzeme kullanımı ile maksimum nihai dayanımı sağlamaktır. Nihai kırılma yükü, Puck kırılma kriterine ve malzeme özelliklerinin bozulma yöntemine dayalı bir ilerleyici hasar modeli kullanılarak belirlenmiştir. Bu yapıların farklı yük koşullari altındaki davranışların modellemek için sonlu eleman modelleri Kullanılmıştır. Optimum bölgesel güçlendirme tasarımını bulmak için, güvenilir bir stokastik küresel arama algoritması olan Simulated Annealing algoritması kullanılmıştır. Çoklu hedefli bir optimizasyon şeması benimsenir; burada hedef fonksiyonu, nihai dayanım ve güçlendirme ağırlığını içerir, böylece nihai dayanım malzeme kullanımını en aza indirerek maksimuma çıkarılabilir. Optimizasyon parametreleri; fiber-yönelim açıları ve güçlendirme katmanlarının boyutu olarak seçilmiştir. Farklı bölgesel güçlendirme optimizasyonlar gerçekleştirilerek, güçlendirme katmanlarını yerleştirmenin en etkili yolu belirlenmiştir. Optimizasyon yoluyla, minimal ek kütle ile önemli dayanım artışları sağlanmıştır. Bu çalışmanın bulguları, çentikli kompozit yapıların tasarımının iyileştirilmesi için önemli sonuçlar taşımaktadır.