Title of article :
Multi-objective Optimization of Hybrid Carbon/Glass Fiber Reinforced Epoxy Composite Automotive Drive Shaft
Author/Authors :
Khalkhali, A Department of Automotive Engineering - Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran , Nikghalb, E Department of Mechanical Engineering - Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran , Norouzian, M Department of Mechanical & Materials Engineering - University of Nebraska-Lincoln, Nebraska, USA
Abstract :
Using composite materials in design and fabrication of drive shafts with high value of fundamental
natural frequency which at represents high value of critical speed could provide longer shafts with
lighter weight compared to typical metallic materials. In this paper, multi-objective optimization
(MOP) of a composite drive shaft is performed considering three conflicting objectives: fundamental
natural frequency, critical buckling torque and weight of the shaft. Fiber orientation angle, ply
thickness and stacking sequence are also considered as the design variables in this MOP. Modified
Nondominated Sorting Genetic Algorithm (modified NSGA II) is employed to solve this MOP. To
calculate fundamental natural frequency and critical buckling torque, a finite element model of
composite drive shaft of a truck is carried out using commercial software ABAQUS/Standard. Finally,
optimum design points are obtained and from all non-dominated optimum design points, some tradeoff
points are picked using a multi-criteria decision making approach named TOPSIS and the points
are discussed.
Farsi abstract :
استفاده از مواد كامپوزيتي در طراحي و ساخت محورهاي محرك سبب افزايش فركانس طبيعي اوليه محور محرك و در نتيجه افزايش سرعت بحراني آن شده و در مقايسه با مدل هاي فلزي، محورهايي با طول بزرگتر و وزن كمتر ارائه ميكند. در اين مقاله، بهينه سازي چندهدفي يك محور محرك كامپوزيتي با در نظر گرفتن سه هدف ناسازگار مورد توجه قرار گرفت: فركانس طبيعي اوليه، گشتاور كمانش بحراني و وزن محور. زاويه جهتگيري فيبرها، ضخامت هر لايه و ترتيب لايه چيني، به عنوان متغيرهاي طراحي در مسئله بهينه سازي در نظر گرفته شدند. روش NSGA-II در فرآيند بهينه سازي چند هدفي به كار گرفته شد. براي محاسيه فركانس طبيعي اوليه و گشتاور كمانش بحراني، مدل المان محدود محور محرك يك خودروي باري در نرم افزار ABAQUS/Standard مورد استفاده قرار گرفته است. در نهايت نقاط طراحي بهينه استخراج شدند و از ميان اين نقاط طراحي غير برتر، بعضي نقاط مصالحه شده به كمك روش تصميم گيري چند معياري TOPSIS انتخاب شده و مورد بحث قرار گرفته اند.
Keywords :
Drive shaft , Composite tube , Multi-objective optimization , Finite element method , Modified NSGA II algorithm
Journal title :
Astroparticle Physics