Publication:
Optimization of composite laminate under mechanical and thermal loading using finite element method and machine learning techniques

cris.virtual.departmentKOE - Department of Science in Engineering
cris.virtual.orcid#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtualsource.departmentfe8daede-a79a-4f62-b571-4d5ed1899db0
cris.virtualsource.orcidfe8daede-a79a-4f62-b571-4d5ed1899db0
dc.contributor.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#en_US
dc.contributor.authorAhmed, Omar Shabbir
dc.contributor.supervisorJaffar Syed Mohamed Ali, Ph.D
dc.contributor.supervisorMeftah Hrairi, Ph.D
dc.contributor.supervisorNorfazrina Mohd Yatim, Ph.D
dc.date.accessioned2024-10-08T03:19:42Z
dc.date.available2024-10-08T03:19:42Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractThin walled composite structures have gained significant traction for diverse engineering uses due to their laminated composition, featuring layers of composite materials with unique properties shaped by fiber orientation. Stress analysis of such thin walled composite sections under mechanical and thermal loads is complex, often requiring optimization to achieve optimal designs. However, the reduced thickness of these structures makes them susceptible to buckling. Incorporating lightning holes reduces weight but compromises stiffness and buckling strength. This study focuses on assessing the buckling strength of thin walled composites with various hole shapes under mechanical and thermal loads. A parametric investigation aims to identify the best material and structural parameters for resilience against both mechanical and thermal stress. Initially, a finite element based numerical approach was used to model the c section thin walled composite structure. Structural and material parameters like spacing ratio, opening ratio, hole shape, fiber orientation, and laminate sequence are systematically varied under mechanical and thermal loads. The resulting data drives the identification of optimal parameter combinations through machine learning algorithms. Multiple techniques are compared to finite element results for accuracy. The simulation model effectively captures changes in critical buckling load under distinct mechanical and thermal conditions due to alterations in structural and material features. The machine learning approach accurately predicts optimal critical buckling load under both scenarios. Furthermore, the study's findings indicate that the optimal critical buckling values for the current problem are achieved with specific parameter combinations. For mechanical loading conditions, the best configuration involves a quasi isotropic structure with a circular hole, an opening ratio of 1.4, and a spacing ratio of 1.6, resulting in a critical buckling load of 8804 N. In the case of thermal loading, an angle ply structure with a circular hole, an opening ratio of 1.4, and a spacing ratio of 1.7 leads to a critical buckling load of 308.2 (T critical). In summary, this thesis comprehensively explores the stability of c section thin walled composite structures with holes under mechanical and thermal loads, utilizing finite element analysis and machine learning.en_US
dc.description.abstractarabicاكتسبت الهياكل المركبة الرقيقة طلبا كبيرا نحو الاستخدامات الهندسية المتنوعة بسبب تركيبتها ذات الطبقات، حيث تتميز بطبقات من المواد المركبة ذات الخصائص الفريدة التي تتشكل حسب اتجاهات الألياف، كما يعد تحليل الاجهاد للهياكل المركبة الرقيقة تحت التحميل الميكانيكي والحراري أمرا معقدا، حيث يتطلب في كثير من الأحيان تحسينه لتحقيق أفضل التصاميم. ومع ذلك، كلما قلت سماكة الهياكل كلما كانت عرضة للانبعاج، أضف إلى ذلك أن إضافة فتحات يخفف الوزن ولكن يضر بالصلابة وقوة الالتواء. تركز هذه الدراسة على تقييم قوة الالتواء للهياكل المركبة الرقيقة ذات الفتحات المختلفة تحت التحميل الميكانيكي والحراري، تهدف التحقيقات الحدودية إلى تحديد أفضل المواد والهياكل والتي تتحمل التوترات الناتجة عن التحميل الميكانيكي والحراري. في البداية، تم استخدام نهج عددي قائم على العناصر المحدودة لنمذجة الهيكل المركب الرقيق على شكل "C"، كما تتنوع المعلمات الهيكلية مثل نسبة التباعد، ونسبة الفتح، وشكل الثقب، واتجاه الألياف، وتسلسل الصفائح بشكل منهجي تحت الأحمال الميكانيكية والحرارية. حيث تقود النتائج إلى تحديد تركيبات المعلمات المثلى من خلال خوارزميات التعلم الآلي. كما يتم مقارنة تقنيات متعددة مع نتائج العناصر المحدودة للتأكد من دقة النتائج. كما يلتقط نموذج المحاكاة بشكل فعال التغييرات الحرجة للالتواء تحت ظروف ميكانيكية وحرارية متميزة بسبب التغييرات في ملامح الهياكل والمواد. علاوة على ذلك، يتنبأ نهج التعلم الآلي بدقة بحمل الالتواء الحرج الأمثل في كلا الطريقتين. لذلك تشير نتائج الدراسة إلى أن قيمة الالتواء الحرجة المثلى للمشكلة الحالية يمكن تحقيقها باستخدام مجموعات محددة من المعلمات، حيث أن النتيجة المثلى في ظروف التحميل الميكانيكي للقالب ذات الثقب الدائري ونسبة الافتتاح تبلغ 1.4، مع نسبة تباعد تبلغ 1.6، حيث تبلغ قيمة الالتواء الحرجة 8804 نيوتن. أما في حالة التحميل الحراري، فيتم استخدام القالب بزاوية مع ثقب دائري ونسبة افتتاح تبلغ 1.4، مع نسبة تباعد تبلغ 1.7، مما يبلغ قيمة الالتواء الحرجة 308.2 (تي). في النهاية تسلط هذه الرسالة الضوء باختصار بشكل شامل استقرار الهياكل المركبة ذات الجدران الرقيقة والتي تتشكل على شكل "سي" تحت التحميل الميكانيكي والحراري، باستخدام تحليل العناصر المحدودة والتعلم الآلي.
dc.description.callnumberet TA 418.9 C6 A2863O 2024
dc.description.cpsemailcps2u@iium.edu.myen_US
dc.description.degreelevelMaster
dc.description.holdThis thesis is under embargo by the author until April 2025.en_US
dc.description.identifierThesis : Optimization of composite laminate under mechanical and thermal loading using finite element method and machine learning techniques /by Omar Shabbir Ahmed
dc.description.kulliyahKulliyyah of Engineering (KOE)
dc.description.notesThesis (MSCE)--International Islamic University Malaysia, 2024.
dc.description.physicaldescription1 online resource (xvii, 193 leaves) : color illustrations ; 30 cm.
dc.description.programmeMaster of Science in Engineeringen_US
dc.holdsOpen Access
dc.identifier.urihttps://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/7208
dc.language.isoen
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2024
dc.rightsOwned By Student
dc.subjectMachine Learning; Composite Structures; Buckling Strengthen_US
dc.subject.lcshComposite materials -- Mechanical properties -- Mathematical models
dc.subject.lcshLaminated materials -- Testing
dc.subject.lcshBuckling (Mechanics) -- Data processing
dc.titleOptimization of composite laminate under mechanical and thermal loading using finite element method and machine learning techniques
dc.typeMaster Thesesen_US
dspace.entity.typePublication
oairecerif.author.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
ao_optimization_of_msce.pdf
Size:
8.36 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Full text