Reliability based structural and aeroelastic optimization of wing models with high fidelity solvers

Abstract

Mühendislik tasarımında, geometriye, malzeme özelliklerine, üretim süreçlerine ve iletim koşullarına bağlı belirsizlikler kaçınılmazdır. Bu belirsizlikler doğru olarak değerlendirilmeli ve sistemler tasarlanırken ve eniyilenirken hesaba katılmalıdırlar. Bu çalışmada, güvenilirlik tabanlı tasarım eniyileme (GTTE) metodolojisi oluşturulmuştur. Burada hem ticari mühendislik yazılımları hem de kendimizin geliştirilmiş güvenilirlik kodu ilk uygulama olarak, literatürden alınan ankastre kirişörneğiyle doğrulanmıştır. Daha sonra genel kanat yapısının eniyilemesi ve en son olarak AGARD 445.6 kanadının aeroelastik eniyilemesi problemine uygulanmıştır. Ele alınan en son problemde, eniyileme kriterleri arasında akma mukavemeti, Mach sayısı ve hücum açısı gibi yapısal ve aerodinamik parametrelere ait belirsizlikler, olasılıksal kısıtlamalarda kullanılmıştır, ayrıca deterministik kısıtlamalarda mevcuttur. Olasılıksal kısıtların hata olasılığını hesaplamak için, birinci dereceden güvenilirlik analiz metodlarından olan Hasofer-Lind iterasyon metodu ve geliştirilmiş ortalama değer (GOD) metodu Matlab'da uygulanmıştır. Böylece en olası hasar noktası (EON) çözümü hesap edilmiştir.

In engineering design, uncertainties related to geometries, material properties, manufacturing processes and operating conditions are inevitable factors which should be accurately quantified and included while designing and optimizing a realistic system for a required level of reliability and efficiency. In this thesis, reliability based design optimization (RBDO) methodology is constructed by coupling high-fidelity commercial solvers for aeroelastic analysis and an in-house code developed for reliability analysis. A RBDO benchmark problem (from the literature) and the developed methodology is validated. An in-house code is integrated to commercial software for aircraft wing applications. Finally the methodology is applied to a fluid-structure interaction (FSI) problem where reliability based structural optimization of a simple aircraft wing and reliability based aeroelastic optimization of AGARD 445.6 wing are performed. In the final application, the optimization criteria include both deterministic and probabilistic constraints with both structural and aerodynamic uncertainties such as in yield strength, Mach number and angle of attack. To evaluate the probability of failure for the probabilistic constraints, first order reliability analysis methods, Hasofer-Lind (HL) iteration method and advanced mean value (AMV) method are implemented in Matlab to compute most probable failure point (MPP) solution.