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应用扰动广义微分求积法的复合材料层合板剪切屈曲分析与优化

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中国机械工程 2019年第16期30卷 1931-1939,1949页

作者：孙士平张冰胡政南昌航空大学航空制造工程学院

广义微分求积(GDQ)法求解复合材料层合板剪切屈曲时存在计算精度差、计算振荡不收敛问题,研究发现该现象源于载荷矩阵存在奇异,为此,提出扰动GDQ法,通过扰动主对角线权重系数以改善载荷矩阵的奇异性来消除计算振荡。数值算例验证了扰动... 详细信息

广义微分求积(GDQ)法求解复合材料层合板剪切屈曲时存在计算精度差、计算振荡不收敛问题,研究发现该现象源于载荷矩阵存在奇异,为此,提出扰动GDQ法,通过扰动主对角线权重系数以改善载荷矩阵的奇异性来消除计算振荡。数值算例验证了扰动策略的有效性,实现复合材料层合板剪切屈曲问题的高效稳定求解。在此基础上,结合直接搜索模拟退火算法,开展了含剪切载荷的复合材料层合板铺层顺序优化。结果表明:剪切工况时对称复合材料层合板的优化铺层不受铺层数和铺设形式影响,优化铺层角随长宽比增大而趋于60°;而剪切与轴压组合工况下较小的剪切力能改善层合板屈曲性能,随着剪切力的增大,优化屈曲性能逐渐降低,优化铺层趋同于剪切工况。研究结果为复合材料层合板的剪切屈曲性能设计提供了参考。

关键词：剪切屈曲扰动广义微分求积法铺层顺序优化复合材料层合板

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基于代理模型的加筋板结构布局优化设计

基于代理模型的加筋板结构布局优化设计

作者：张柱国南京航空航天大学

学位级别：硕士

加筋板结构可大大地节省结构材料,减轻结构重量,从而提高结构效率,因而已被广泛地应用于航空航天等工程领域。当承受压缩、剪切载荷时,加筋板结构可能发生屈曲甚至导致破坏。加筋板结构失效模式众多,且对其进行优化的设计变量众多,其有... 详细信息

加筋板结构可大大地节省结构材料,减轻结构重量,从而提高结构效率,因而已被广泛地应用于航空航天等工程领域。当承受压缩、剪切载荷时,加筋板结构可能发生屈曲甚至导致破坏。加筋板结构失效模式众多,且对其进行优化的设计变量众多,其有限元模型、结构分析以及优化设计非常复杂。因此,对加筋板结构进行优化设计具有重要的研究价值。本文基于代理模型技术,提出了一种金属加筋板结构稳定性优化设计方法,实现了金属加筋板结构布局优化设计。其基本思想是采用试验设计法选取样本点,进行有限元分析得到该样本点的重量、屈曲因子等,利用这些样本点和响应建立kriging代理模型,并采用更新技术提高kriging模型的精度,基于Kriging模型应用折衷法和遗传算法获得最优解。并在此基础上,本文分析了加筋板结构的后屈曲特性,实现了结构后屈曲优化设计。本文又通过引入层合板弯曲刚度参数,提出了对称均衡复合材料铺层顺序优化设计方法,并将其和前述加筋板结构优化设计相结合,发展了基于代理模型技术的二级优化方法,实现了层合板结构铺层顺序优化的复合材料加筋板结构优化设计。算例表明优化效果比较明显,也同时验证了本文所提方法的可行性和有效性。

关键词：加筋板结构优化布局优化代理模型屈曲后屈曲铺层顺序优化

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碳纤维增强复合材料加固中心孔钢板综合优化

中国机械工程 2017年第11期28卷 1300-1304,1311页

作者：伍希志程军圣中南林业科技大学交通运输与物流学院长沙410082 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

采用多级优化方法对碳纤维增强复合材料加固中心孔钢板进行优化设计,首先,采用拉丁超立方方法选取试验样本点,利用移动最小二乘法拟合近似代理模型,在代理模型基础上采用自适应响应面优化方法优化基本铺层厚度;然后,结合复合材料制造约... 详细信息

采用多级优化方法对碳纤维增强复合材料加固中心孔钢板进行优化设计,首先,采用拉丁超立方方法选取试验样本点,利用移动最小二乘法拟合近似代理模型,在代理模型基础上采用自适应响应面优化方法优化基本铺层厚度;然后,结合复合材料制造约束条件,利用Optistruct对铺层顺序进行优化,得到最佳铺层设计方案。经过多级优化设计后,钢板中心孔处应力分布更合理,最大Mises应力减小了56.6%。

关键词：碳纤维增强复合材料拉丁超立方移动最小二乘法自适应响应面铺层顺序优化

应用遗传算法优化设计机翼复合材料蜂窝夹层结构蒙皮

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光学精密工程 2014年第12期22卷 3272-3279页

作者：丁玲孙辉贾宏光杨洪波中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100039

为提高无人机复合材料机翼蒙皮的强度,应用遗传算法优化设计了蜂窝夹层结构蒙皮的铺层。针对复合材料结构优化变量离散化的特点,设计了应用整数编码策略的遗传算法,并根据Tsai-Wu准则提出了适应度函数,参考复合材料的铺层原则给出了约... 详细信息

为提高无人机复合材料机翼蒙皮的强度,应用遗传算法优化设计了蜂窝夹层结构蒙皮的铺层。针对复合材料结构优化变量离散化的特点,设计了应用整数编码策略的遗传算法,并根据Tsai-Wu准则提出了适应度函数,参考复合材料的铺层原则给出了约束条件。然后,通过优化设计得到了最佳的蒙皮复合材料结构铺层方案。最后,通过有限元分析及静力试验验证了复合材料蜂窝夹层结构蒙皮设计的合理性。试验结果表明:左、右机翼翼梢的最大变形分别为116.02mm和105.36mm,小于性能要求的180mm。探伤测试显示机翼复合材料结构没有出现损坏,满足机翼结构的工程指标要求。此机翼结构的无人机已成功完成了首飞试验,验证了设计结果的可信及工程可用性。

关键词：机翼蒙皮复合材料蜂窝夹层铺层顺序优化遗传算法蔡-吴准则

无人机复合材料蒙皮区域铺层顺序优化及稳定性校核

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航空精密制造技术 2023年第5期59卷 20-23,28页

作者：王伟王策金晶黄盼伟北京北航天宇长鹰无人机科技有限公司北京100083

基于某无人机复合材料机身蒙皮区域结构,以提升其承载能力为研究目的,采用有限元软件对其进行铺层顺序优化,并对碳纤维复合材料蒙皮区域优化前后的形变量、应力应变结果对比分析;通过蔡-希尔强度准则、强度比等计算结果,对优化前后的碳... 详细信息

基于某无人机复合材料机身蒙皮区域结构,以提升其承载能力为研究目的,采用有限元软件对其进行铺层顺序优化,并对碳纤维复合材料蒙皮区域优化前后的形变量、应力应变结果对比分析;通过蔡-希尔强度准则、强度比等计算结果,对优化前后的碳纤维复合材料结构进行破坏失效分析;利用模态结果对比分析铺层顺序优化前后复合材料结构的稳定性。基于力学拉伸试验对优化结果校核。试验结果表明:碳纤维机身蒙皮区域经过铺层顺序优化后,其形变量减小9.9%,应力减小0.6%,应变减小6.2%;通过强度准则判定,优化后的碳纤维复合材料结构承载能力提升16.1%;利用模态计算结果对比分析可得,优化后的结构更加具有稳定性。由此证明,此铺层顺序优化是合理可靠的。

关键词：无人机复合材料铺层顺序优化静强度分析稳定性分析

复合材料加筋板铺层优化设计的等效弯曲刚度法

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计算力学学报 2011年第1期28卷 158-162页

作者：乔巍姚卫星南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室.南京210016

借助于等效弯曲刚度法和遗传算法,建立了一种复合材料加筋板铺层顺序优化设计算法。等效弯曲刚度法基于层合板的弯曲刚度与其失稳载荷一一对应的关系,将任意铺层顺序的层合板等效成一个只有8层的对称铺层的辅助层合板,通过优化辅助层合... 详细信息

借助于等效弯曲刚度法和遗传算法,建立了一种复合材料加筋板铺层顺序优化设计算法。等效弯曲刚度法基于层合板的弯曲刚度与其失稳载荷一一对应的关系,将任意铺层顺序的层合板等效成一个只有8层的对称铺层的辅助层合板,通过优化辅助层合板,得到层合板的最优弯曲刚度参数,最后以获得的最优弯曲刚度参数为约束应用遗传算法进行铺层顺序优化,获得接近最优解的解答。算例表明,通过引入等效弯曲刚度法,实现了复合材料加筋板的铺层顺序优化设计,并且效果明显。

关键词：复合材料加筋板稳定性等效弯曲刚度铺层顺序优化遗传算法

基于改进自适应遗传算法的层合板铺层顺序优化方法

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科学技术与工程 2018年第6期18卷 336-340页

作者：王佩艳赵晨耿小亮岳珠峰西北工业大学力学与土木建筑学院飞行器结构完整性技术工业和信息化部重点实验室西安710129

针对复合材料层合板的铺层顺序优化,设计随适应度自适应变化的变异算子和交叉算子,提出了一种改进的自适应遗传算法。通过铺层顺序优化算例证明:与标准遗传算法相比,改进的自适应遗传算法在组合优化方面具有更好的稳定性、收敛性和运行... 详细信息

针对复合材料层合板的铺层顺序优化,设计随适应度自适应变化的变异算子和交叉算子,提出了一种改进的自适应遗传算法。通过铺层顺序优化算例证明:与标准遗传算法相比,改进的自适应遗传算法在组合优化方面具有更好的稳定性、收敛性和运行效率。针对不同的设计变量个数,变异算子和交叉算子应选取不同的参数;当设计变量较多时,自适应遗传算法选取P_(c1)=0.9,P_(c2)=0.6,P_(m1)=0.19,P_(m2)=0.01具有更优的收敛效率。

关键词：自适应遗传算法铺层顺序优化变异概率收敛性

考虑层间应力的厚板复合材料结构多级优化设计方法

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考虑层间应力的厚板复合材料结构多级优化设计方法

作者：曹华南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着结构设计水平的提高和复合材料制备工艺的快速发展,厚板复合材料结构在航空航天领域得到了越来越广泛的应用。为了充分发挥复合材料的利用率,降低结构重量,对厚板复合材料结构进行优化设计是非常必要的。国内外许多学者对薄壁复合... 详细信息

随着结构设计水平的提高和复合材料制备工艺的快速发展,厚板复合材料结构在航空航天领域得到了越来越广泛的应用。为了充分发挥复合材料的利用率,降低结构重量,对厚板复合材料结构进行优化设计是非常必要的。国内外许多学者对薄壁复合材料结构的优化设计进行了深入的研究,并取得了显著成果,然而针对厚板复合材料结构优化设计的研究却很少。因此,研究一种有效的优化设计方法,从而实现厚板复合材料结构的初步设计是十分必要的。本文首先针对厚板复合材料结构,研究了基于子层划分单元的有限元建模方法,通过受内压厚复合材料圆管算例与三点弯曲厚复合材料层合板算例,验证了基于子层划分模型的有限元分析方法在厚板复合材料结构三维应力问题求解中的有效性。其次,基于子层划分模型的有限元分析方法,考虑面内强度约束、层间强度约束及铺层工艺性要求,针对由子层合板重复铺叠而成的厚板复合材料结构提出了一种多级优化设计方法。该方法根据不同的设计变量,将优化过程分解为多个层次,从而实现对子层内层数、子层数、铺层比例及铺层顺序的优化,进而达到减轻结构质量的目的。最后,本文使用Matlab编写遗传算法,应用Isight优化设计平台集成Matlab与Abaqus来实现该多级优化设计方法,并通过对厚复合材料圆管、三点弯厚板及某飞机全动舵面枢轴结构的优化设计,验证了该优化方法的有效性。该多级优化设计方法为厚板复合材料结构的初步设计提供了思路,具有重要的工程实用价值。

关键词：多级优化设计厚板复合材料结构遗传算法层间应力铺层顺序优化

具有复合层结构的谐波减速器柔轮的性能优化设计研究

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机械设计与制造 2014年第2期 96-99页

作者：邱建喜杨为段成财重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030

针对谐波减速器的柔轮存在着易发生疲劳的问题,从复合层的本构关系出发,进行了复合材料铺层角和叠层次序的力学性能研究。提出了以铺层角度和铺层顺序为优化变量,Tsai-Wu材料失效准则为约束条件,单层层内应力最小为优化目标的数学模型,... 详细信息

针对谐波减速器的柔轮存在着易发生疲劳的问题,从复合层的本构关系出发,进行了复合材料铺层角和叠层次序的力学性能研究。提出了以铺层角度和铺层顺序为优化变量,Tsai-Wu材料失效准则为约束条件,单层层内应力最小为优化目标的数学模型,采用粒子群优化算法得到了最优的铺层角和叠层顺序。对采用优化设计后的谐波减速器进行了瞬态动力学分析,分析结果表明:与原结构相比,具有复合层结构柔轮的最大Von Mises应力降低了12.5%,最大应力位置由柔轮的齿根部变为柔轮齿圈内表面,在一定程度下可提高柔轮的使用寿命。

关键词：谐波减速器柔轮复合材料铺层顺序优化粒子群优化