Reliability-based design and topology optimization of aerospace components and structures

Resumen

Este trabajo presenta una investigación en análisis de fiabilidad (RA) y diseño óptimo en entornos de incertidumbre (RBDO) con el objetivo de resolver problemas prácticos de estructuras aeroespaciales. Se han considerado dos tipos de problema, cada uno siendo resuelto con un enfoque diferente. En el primero se aplica optimización topológica en entornos de incertidumbre (RBTO) a estructuras aeroespaciales similares a las que se pueden encontrar en un contexto industrial, mientras que el segundo aplica RBDO a componentes aeroespaciales que requieren simulaciones minuciosas y costosas computacionalmente para predecir correctamente su comportamiento. El método de RBDO usado en ambos enfoques es el de optimización y evaluación de fiabilidad secuencial (SORA) debido a su naturaleza desacoplada, que permite separar las fases de optimización determinista (DO) y RA siendo fácilmente combinable con software externos. Por otro lado, el método de RA seleccionado es el valor medio híbrido (HMV) debido a su robustez. Ambos algoritmos se han implementado en códigos de MATLAB que trabajan en ambientes de computación de alto rendimiento (HPC). En el primer enfoque se combinan con un software de optimización externo (Altair Optistruct) capaz de resolver problemas de optimización topológica determinista (DTO). En el segundo enfoque los códigos de MATLAB se combinan con un software de análisis de elementos finitos (FE) externo (Abaqus), y la fase de RA se beneficia de un metamodelo basado en la expansión polinómica del caos (PCE) para ahorrar coste computacional. En este marco de referencia, se han resuelto varios ejemplos, que incluyen un ala, la parte trasera de un fuselaje y un pilono para el primer enfoque y un panel rigidizado de material compuesto en el segundo enfoque.