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Design considerations for variable stiffness, doubly curved composite plates

机译：可变刚度，双弯曲复合板的设计考虑因素

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It is widely acknowledged that laying up composite tapes and fabrics on doubly curved surfaces can introduce wrinkling and overlap defects. It is also not a straightforward task to define fibre angle directions. The latter problem amplifies when considering curvilinear fibre paths on doubly curved surfaces. Herein, we define a new fibre orientation datum curve and use this as a reference for optimisation purposes. A novel implementation of lamination parameters is introduced whereby we constrain the values of lamination parameters based on minimum turning radii of automated fibre placement machines and maximum ply angle change for stiffness optimisation. As an example, this approach is applied to a pre-twisted plate with 68 layers subjected to combined centrifugal and pressure loading. Lamination parameters are used to reduce the complexity and multiplicity of composite laminate design with many layers to a convex and continuous design space using a reduced number of variables. Lamination parameters are varied over the geometry using spline surface interpolation over a grid of control points and the optimal lamination parameter values are found using a gradient based optimiser. The fibre paths for each ply are then designed from the optimal lamination parameter variation using a two-stage optimisation process.
机译：众所周知，铺设双层弯曲表面上的复合带和织物可以引入皱纹和重叠缺陷。它也不是定义光纤角度方向的直接任务。当考虑双弯曲表面上的曲线纤维路径时，后一种问题放大。这里，我们定义了一种新的纤维方向基准曲线，并使用它作为优化目的的参考。介绍了一种新颖的层压参数实现，从而基于自动纤维放置机的最小转动半径和刚度优化的最大帘布角变化来限制层压参数的值。作为示例，该方法应用于预扭曲板，其具有组合的离心和压力负荷的68层。层压参数用于降低复合层压板设计的复杂性和多重性，这些层压板设计与许多层与凸起和连续的设计空间使用减少的变量。使用梯度基于梯度的优化器，使用曲线表面插值在使用梯度的优化器上使用曲线表面插值而在几何图形上变化层压参数。然后使用两级优化过程从最佳层压参数变化设计每个帘布层的纤维路径。

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