Optimal design of composite lattice shell structures for aerospace applications

An optimization method for composite lattice shell structures under axially compressive loads is proposed aiming at the preliminary design. The method implements and improves some previous results of the fully analytical approach which is currently adopted at the state-of-the-art. The fully analytical approach provides the minimum mass solution under buckling and strength constraints, irrespective of other possible design limitations, such as, shell stiffness constraints. As a consequence, the minimum mass solution turns out to be satisfactory whereas other requirements are absent or automatically achieved but, on the contrary, it can drive the final preliminary configuration far from the real optimum.The proposed method implements numerical minimization allowing the designer to easily handle suboptimal configurations which are located in the vicinity of the minimum mass solution. When stiffness requirement is present (as in most cases) the benefit of this approach – in terms of weight saving with respect to the analytical design – is finally shown with a practical example.

ResumiUn metodo di ottimizzazione per strutture a guscio in composito a griglia soggette a carichi di compressione assiali viene proposto ai fini del design preliminare. Il metodo attua e migliora alcuni precedenti risultati provenienti dall'approccio completamente analitico impiegato correntemente allo stato dell'arte. L'approccio completamente analitico fornisce la soluzione a massa minima sotto vincoli di resistenza e di instabilità, indipendentemente da altre possibili limitazioni al design, come la rigidezza della struttura. Di conseguenza, la soluzione a massa minima risulta soddisfacente quando ulteriori requisiti sono assenti o automaticamente soddisfatti ma, diversamente, essa può condurre la configurazione preliminare finale lontano dal vero ottimo.Il metodo proposto implementa minimizzazione numerica consentendo al progettista di gestire facilmente configurazioni sub-ottimali che sono posizionati in prossimità della soluzione a massa minima. Quando il requisito di rigidezza è presente (come avviene nella maggior parte dei casi) il beneficio di questo approccio in termini di risparmio di peso viene infine mostrato con un esempio pratico.