含不确定参数的复合材料薄壁结构吸能特性分析及优化设计

发布时间：2019-04-14 20:43

【摘要】：复合材料薄壁结构被广泛用作防撞吸能结构,但其特征尺寸和材料的力学性能具有不可忽视的不确定性。这些参数的波动会改变结构的力学响应特性和失效破坏模式,从而影响其吸能特性,导致在工程中不得不通过大量实验来确定复合材料薄壁结构破坏吸能的力学行为。本文在考虑复合材料薄壁结构特征尺寸和材料力学性能的不确定性的情况下对其吸能特性评估方法和优化设计方法进行了研究。主要研究内容如下:1、复合材料薄壁结构各参数对其吸能特性影响显著性分析方法研究建立了复合材料薄壁结构各参数对其吸能特性影响显著性分析方法:首先通过试样级的实验确定复合材料薄壁结构的材料性能的分布情况,查找资料确定特征尺寸的分布情况;然后,利用Plackett-Burman实验设计方法得到实验矩阵代入有限元模型,确定参数对复合材料薄壁结构吸能特性影响的显著性。2、基于概率的含不确定参数复合材料薄壁结构吸能特性评估方法研究建立了基于概率的含不确定参数复合材料薄壁结构吸能特性评估方法:首先根据不确定参数的分布情况,得到参数的取值范围;然后,采用中心组合实验设计方法根据参数的取值范围安排实验点得到实验矩阵;随后,利用LS-DYNA有限元仿真软件对实验点进行仿真;根据有限元计算结果拟合出吸能特性指标与结构参数间的响应面函数,并对响应面函数进行检验,确认函数的有效性;最后,根据参数的分布情况进行抽样代入到响应面函数中计算吸能特性指标并进行统计,直到结果趋于稳定,得到吸能特性指标的分布情况。3、基于区间的含不确定参数复合材料薄壁结构吸能特性评估方法研究建立了基于区间的含不确定参数复合材料薄壁结构吸能特性评估方法:首先对参数进行初步筛选,并明确待考虑参数的分布区间;根据参数的分布区间,利用中心组合设计实验设计方法安排实验点;使用有限元分析方法计算实验点的响应值;根据计算结果确定响应面方程;利用区间分析方法,确定吸能特性指标的分布区间。4、含不确定参数复合材料薄壁吸能结构的优化设计方法研究建立了含不确定参数复合材料吸能结构的优化设计方法:首先根据使用条件获取设计参数的范围;随后,利用中心组合实验设计确定设计参数的实验矩阵;之后,计算实验矩阵中每组设计参数在考虑材料性能和特征尺寸的不确定性时的吸能特性指标的平均值和标准差;然后,根据各设计参数组合时吸能特性指标的平均值和标准差,分别确定复合材料薄壁结构设计参数与吸能特性指标的均值及标准差之间的响应面方程;最后,结合响应面方程和设计要求代入到优化的数学表达式中,采用序列二次规划算法进行优化求解。
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【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33

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