Using Topology Optimization Techniques for Preliminary Design of Stiffened Panels

L'optimisation topologique (OT) est un outil numérique puissant pour le design conceptuel, visant à déterminer les dispositions optimales de matériaux pour obtenir des structures rigides et légères. L'intégration complète d'un critère de prévention du flambage dans cette technique ouvrirait de nouvelles perspectives d'application dans l'industrie aérospatiale. Dans ce travail, les méthodes d'OT implicites et explicites qui considèrent, respectivement, comme variables de conception les propriétés des éléments du maillage ou un ensemble de paramètres contrôlant la géométrie des composants ont été étudiées. Ce travail de recherche vise à améliorer une procédure existante basée sur l'OT pour la conception de panneaux raidis, dans laquelle la position des raidisseurs, les connexions et la courbure de leur axe sont déterminées en utilisant l'OT. Les défis de l'optimisation des configurations de raidisseurs ont été identifiés comme étant l'imposition d'une géométrie appropriée pour obtenir des composants manufacturables et le besoin d'un compromis entre la précision du modèle et la capacité d'explorer de grands espaces de conception. La méthode Ground Structure (GSM), bien connue pour son efficacité quant à la conception de treillis et de châssis, a été reformulée pour une nouvelle application dans ce contexte en utilisant une structure de base construite avec des éléments de plaques et de poutres. Dans la conception basée sur la souplesse minimale de panneaux pressurisés, la GSM a démontré sa capacité à utiliser des maillages à faible coût de calcul et à fournir des descriptions explicites des composants. Une réduction du poids a été obtenue, mais l'ajout des contraintes de sollicitation dans les critères d'optimisation dans les développements futurs est nécessaire. La difficulté rencontrée dans l'utilisation de SIMP et GSM pour obtenir des dispositions bien définis lors qu'on considère le flambage nous a conduit à nous concentrer sur l'approche MMC (Moving Morphable Components). Dans cette méthode explicite, toutes les exigences géométriques sont facilement imposées et le nombre de variables peut être réduit pour utiliser des techniques d'optimisation globale. L'identification de la disposition des raidisseurs est formulée comme un problème de disposition de deux propriétés de rigidité équivalentes sur un maillage de plaques fixes. Cette approche avait été conçue pour une optimisation basée sur la rigidité, mais ici un critère de stabilité est considéré et des composants curvilignes sont utilisés pour représenter les parcours des raidisseurs avec une grande flexibilité. Après avoir validé le modèle simplifié pour l'analyse de flambage linéaire, la conception pour le coefficient de charge de flambage maximal est résolue à l'aide de l'algorithme Particle Swarm Optimization.