复合材料层合板结构分析与优化设计
发布时间：2021-11-18 09:50
复合材料凭借其突出的力学性能,被广泛应用在船舶与海洋工程、航空航天等领域。但是复合材料独有的方向性和呈层性也会使得其结构的特性与传统金属结构物的特性有很大不同,因此对复合材料进行结构分析和优化设计变得十分有必要。本文对最基本的复合材料结构——层合板进行了研究。基于一阶剪切变形理论对层合板进行了有限元推导,并基于Fortran语言进行了四边形四结点层合板单元和弹簧单元的有限元程序的编写。使用程序计算了层合板的静力问题和振动问题。在静力分析中,对层合板的节点位移与每一层节点应力进行求解,与Ansys结果对比,误差在5%以内。在振动分析中,首先对未含弹性支撑和含弹性支撑的层合板进行了自由振动分析,与Ansys结果对比,误差在2%以内。并证实了添加弹簧能提高层合板的固有频率,且固有频率阶次越低,提高越大。接着探讨了各种铺设方式、铺层数目和边界条件对层合板基频的影响。然后基于Newmark法研究了层合板的强迫振动,响应曲线与Ansys结果几乎重合,并探讨了不同位置单点和多点激励、不同激励频率和阻尼系数对结构强迫振动响应的影响。最后使用Ansys软件从频域角度对层合板进行了谐响应分析。针对复合材料...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 立题背景及研究意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 层合板分析理论研究
1.2.2 层合板振动特性研究
1.2.3 层合板优化设计研究
1.3 本文主要研究内容
2 层合板理论与有限元推导
2.1 单层复合材料的本构关系
2.2 层合板理论
2.2.1 经典层合板理论
2.2.2 一阶剪切变形理论
2.3 层合板有限元推导
2.3.1 单元位移模式
2.3.2 应变的结点位移表示
2.3.3 有限元平衡方程
2.3.4 层合板的应力计算
2.4 有限元程序编写和静力算例验证
2.4.1 有限元程序编写及流程图
2.4.2 静力算例验证与分析
2.5 小结
3 层合板自由振动分析
3.1 层合板的自由振动方程
3.2 层合板自由振动算例验证
3.2.1 层合板自由振动分析及验证
3.2.2 含弹性支撑的层合板自由振动分析及验证
3.3 不同参数对层合板基频的影响研究
3.3.1 铺层数目对层合板基频的影响研究
3.3.2 铺设方式对层合板基频的影响研究
3.3.3 边界条件对层合板基频的影响研究
3.4 小结
4 层合板强迫振动分析计算
4.1 强迫振动分析方法
4.1.1 振型叠加法
4.1.2 逐步积分法
4.1.3 频域分析法
4.2 常用阻尼系统类型
4.3 强迫振动算例验证及分析
4.3.1 逐步积分法进行算例分析
4.3.2 频域分析法进行算例分析
4.4 小结
5 层合板结构优化设计
5.1 优化设计理论
5.2 优化设计数学模型
5.3 优化分析方法
5.3.1 Ansys优化
5.3.2 遗传算法优化
5.3.3 遗传算法与Ansys联合优化
5.4 结构优化算例
5.4.1 尺寸优化
5.4.2 铺层优化
5.5 小结
结论
参考文献
附录A 程序框图
附录B 程序代码
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于遗传算法的开孔复合材料层合板铺层优化[J]. 郭琰,黄斌,钱征华. 玻璃钢/复合材料. 2018(12)
[2]基于差分进化算法的复合材料层合板优化设计[J]. 马森,赵启林. 玻璃钢/复合材料. 2018(10)
[3]复合材料加筋壁板灵敏度分析及优化设计[J]. 王佩艳,杨白凤,耿小亮,岳珠峰. 强度与环境. 2018(02)
[4]铺设角度与铺层顺序对层合板稳定性的影响[J]. 李根,吴锦武. 声学技术. 2017(04)
[5]基于直接搜索方法的层合板多目标优化设计[J]. 张宁宁,吴锦武. 材料导报. 2017(S1)
[6]基于铺层参数的复合材料耐压壳协同优化设计[J]. 李彬,庞永杰,程妍雪,朱枭猛. 上海交通大学学报. 2017(03)
[7]基于改进自适应遗传算法的复合材料铺层优化设计[J]. 陆振玉,张恩阳,刘波. 玻璃钢/复合材料. 2016(02)
[8]基于改进模拟退火算法的复合材料层合板屈曲优化[J]. 孙士平,曾庆龙,吴建军. 中国机械工程. 2015(12)
[9]基于改进自适应遗传算法的层合板铺层设计[J]. 黄伟,孙首群. 机械工程与自动化. 2015(02)
[10]基于遗传算法的复合材料层合板削层结构铺层优化[J]. 金达锋,刘哲,范志瑞. 复合材料学报. 2015(01)
博士论文
[1]复合材料层合板结构的可靠性优化和鲁棒优化研究[D]. 王向阳.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]复合材料蜂窝夹层板的振动特性研究[D]. 吴旋.大连理工大学 2018
[2]船用复合材料夹层板力学性能研究[D]. 陈一鸣.江苏科技大学 2016
[3]层合板结构声振特性及声辐射最小化优化分析[D]. 林志明.南昌航空大学 2015
[4]复合材料新型水下耐压壳及船舶结构特性研究[D]. 周维新.华中科技大学 2015
[5]层合板结构的振动和稳定性分析及其优化设计[D]. 彭文辉.南昌航空大学 2015
[6]电动潜油离心泵井下机组动力学研究[D]. 闫新明.燕山大学 2009
[7]复合材料层合板稳定性的遗传算法优化设计研究[D]. 方秀珍.东北大学 2006
[8]基于遗传算法的复合材料层合结构优化设计[D]. 李磊.国防科学技术大学 2005
[9]复合材料层合结构可靠性优化方法研究[D]. 李伟国.南京航空航天大学 2005
本文编号：3502680
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 立题背景及研究意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 层合板分析理论研究
1.2.2 层合板振动特性研究
1.2.3 层合板优化设计研究
1.3 本文主要研究内容
2 层合板理论与有限元推导
2.1 单层复合材料的本构关系
2.2 层合板理论
2.2.1 经典层合板理论
2.2.2 一阶剪切变形理论
2.3 层合板有限元推导
2.3.1 单元位移模式
2.3.2 应变的结点位移表示
2.3.3 有限元平衡方程
2.3.4 层合板的应力计算
2.4 有限元程序编写和静力算例验证
2.4.1 有限元程序编写及流程图
2.4.2 静力算例验证与分析
2.5 小结
3 层合板自由振动分析
3.1 层合板的自由振动方程
3.2 层合板自由振动算例验证
3.2.1 层合板自由振动分析及验证
3.2.2 含弹性支撑的层合板自由振动分析及验证
3.3 不同参数对层合板基频的影响研究
3.3.1 铺层数目对层合板基频的影响研究
3.3.2 铺设方式对层合板基频的影响研究
3.3.3 边界条件对层合板基频的影响研究
3.4 小结
4 层合板强迫振动分析计算
4.1 强迫振动分析方法
4.1.1 振型叠加法
4.1.2 逐步积分法
4.1.3 频域分析法
4.2 常用阻尼系统类型
4.3 强迫振动算例验证及分析
4.3.1 逐步积分法进行算例分析
4.3.2 频域分析法进行算例分析
4.4 小结
5 层合板结构优化设计
5.1 优化设计理论
5.2 优化设计数学模型
5.3 优化分析方法
5.3.1 Ansys优化
5.3.2 遗传算法优化
5.3.3 遗传算法与Ansys联合优化
5.4 结构优化算例
5.4.1 尺寸优化
5.4.2 铺层优化
5.5 小结
结论
参考文献
附录A 程序框图
附录B 程序代码
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于遗传算法的开孔复合材料层合板铺层优化[J]. 郭琰,黄斌,钱征华. 玻璃钢/复合材料. 2018(12)
[2]基于差分进化算法的复合材料层合板优化设计[J]. 马森,赵启林. 玻璃钢/复合材料. 2018(10)
[3]复合材料加筋壁板灵敏度分析及优化设计[J]. 王佩艳,杨白凤,耿小亮,岳珠峰. 强度与环境. 2018(02)
[4]铺设角度与铺层顺序对层合板稳定性的影响[J]. 李根,吴锦武. 声学技术. 2017(04)
[5]基于直接搜索方法的层合板多目标优化设计[J]. 张宁宁,吴锦武. 材料导报. 2017(S1)
[6]基于铺层参数的复合材料耐压壳协同优化设计[J]. 李彬,庞永杰,程妍雪,朱枭猛. 上海交通大学学报. 2017(03)
[7]基于改进自适应遗传算法的复合材料铺层优化设计[J]. 陆振玉,张恩阳,刘波. 玻璃钢/复合材料. 2016(02)
[8]基于改进模拟退火算法的复合材料层合板屈曲优化[J]. 孙士平,曾庆龙,吴建军. 中国机械工程. 2015(12)
[9]基于改进自适应遗传算法的层合板铺层设计[J]. 黄伟,孙首群. 机械工程与自动化. 2015(02)
[10]基于遗传算法的复合材料层合板削层结构铺层优化[J]. 金达锋,刘哲,范志瑞. 复合材料学报. 2015(01)
博士论文
[1]复合材料层合板结构的可靠性优化和鲁棒优化研究[D]. 王向阳.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]复合材料蜂窝夹层板的振动特性研究[D]. 吴旋.大连理工大学 2018
[2]船用复合材料夹层板力学性能研究[D]. 陈一鸣.江苏科技大学 2016
[3]层合板结构声振特性及声辐射最小化优化分析[D]. 林志明.南昌航空大学 2015
[4]复合材料新型水下耐压壳及船舶结构特性研究[D]. 周维新.华中科技大学 2015
[5]层合板结构的振动和稳定性分析及其优化设计[D]. 彭文辉.南昌航空大学 2015
[6]电动潜油离心泵井下机组动力学研究[D]. 闫新明.燕山大学 2009
[7]复合材料层合板稳定性的遗传算法优化设计研究[D]. 方秀珍.东北大学 2006
[8]基于遗传算法的复合材料层合结构优化设计[D]. 李磊.国防科学技术大学 2005
[9]复合材料层合结构可靠性优化方法研究[D]. 李伟国.南京航空航天大学 2005
本文编号：3502680
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/chuanbolw/3502680.html
