طراحي بهينه سازه هاي مخروطي و استوانه اي ساندويچي فيرينگ ماهواره بر با استفاده از الگوريتم تركيبي

Design Optimization of Fairing Sandwich Cylindrical and Conical Structures for Launch Vehicles, Using Hybrid Algorithm

طراحي بهينه سازه‌هاي ساندويچي كامپوزيتي مورد استفاده در فيرينگ ماهواره بر با استفاده از الگوريتم تركيبي بررسي و ارايه مي شود. از آنجا كه مدرنترين فيرينگ ها از لايه هاي ساندويچي كامپوزيتي ساخته مي شوند، در اين پژوهش ساختار سازه فيرينگ بر اساس پوسته ساندويچي كامپوزيتي با هسته انعطاف‌پذير تحليل شده است. از طرفي ساختار فيرينگ از نظر هندسي از دو بخش مخروطي و استوانه‌اي تشكيل مي شود. براي اين منظور، در فاز اول، تحليل كمانش سازه مخروطي ساندويچي كامپوزيتي با استفاده از تيوري هاي مرتبه بالا انجام گرفت و معادلات بدست آمده براي بخش استوانه اي، با صفركردن نيم زاويه راس مخروط بدست مي آيد. در فاز دوم، سازه استخراج شده با استفاده از الگوريتم تركيبي مورد بهينه سازي قرار گرفت. به واسطه تعدد و پيچيدگي متغيرهاي طراحي در سازه هاي ساندويچي كامپوزيتي، فرايند طراحي مهندسي به مشكلات و سختي هايي در مسايل بهينه سازي طراحي منجر مي شود. از آنجايي كه مهمترين ديسيپلين انتخابي براي بهبود مشخصه هاي جرم ماهواره بر، ديسيپلين سازه است، لذا با تكيه بر بهينه سازي سازه، پس از انجام فرايند بهينـه سازي در نهايت كاهش جرم قابل ملاحظه اي ناشي از تغيير جنس و بهينه سازي بطور همزمان، حـدود 40 درصد نسبت به فيرينگ مورد استفاده (فيرينگ سفير) در اين پژوهش به‌دست آمد.

In this study, optimum design of composite sandwich structures will be surveyed and presented using hybrid algorithm. Since, most modern payload fairings are constructed of a composite sandwich laminate, in this research the architecture of the fairing structure has been analyzed on the basis of the composite sandwich shell with a flexible core. However, from the geometrical point of view, fairing composed of two conical and cylindrical parts. Therefore, in the first phase, buckling analysis of conical composite sandwich shell has been done by using high-order theories and the obtained equations reduce to the governing equations of cylindrical sandwich shell when the semi-cone angle is set equal to zero. In the second phase, the obtained structure was optimized using hybrid algorithm. Due to the variety and complexity of design variables in composite sandwich structures, engineering design process leads to difficulties and obstacles in design optimization problems. Since, the most important selected discipline for improvement the mass specifications of launch vehicle is structure, therefore, relying on structural optimization, after optimization process, finally considerable mass reduction i.e. 40 percent comparing to the utilized fairing in this study (Fairing of Safir), will be concluded due to simultaneous changing of material and optimization.