基于模拟退火算法的复合材料层合板屈曲优化

发布时间：2017-10-14 23:03

  本文关键词：基于模拟退火算法的复合材料层合板屈曲优化

  更多相关文章： 复合材料层合板 稳定性 屈曲载荷 结构优化 模拟退火算法

【摘要】：由于复合材料是一种比强度高、比刚度大、比模量高、材料性能可以设计的一种材料,因此复合材料在航空航天领域的应用越来越广泛,而作为飞机结构基本元件之一的复合材料层合板的研究,也越来越受到研究人员的关注。随着现代航空航天技术的发展,对飞行器的动力以及载荷的要求越来越高,因此对结构的稳定性提出了更高的要求,其中作为飞行器主要承载构件的复合材料层合板的结构优化设计是必不可少的研究方向。复合材料层合板各层的铺设角度以及铺层顺序的改变都会对结构的性能造成显著的影响,因此优化层合板各层的铺设角度以及铺层顺序使其稳定性达到最优在实际应用中有着重要的意义。由于复合材料层合板不同的铺层角度是离散变量,所以用传统的数学规划方法进行优化求解比较困难,而近年来受到广泛应用的模拟退火算法可很好的求解离散变量的优化问题,并且对于复合材料层合板铺层顺序的优化有明显的优越性。针对复合材料层合板稳定性分析和结构优化,本文做了如下研究工作:首先对复合材料层合板进行了稳定性分析。本文采用经典层合板理论结合稳定性理论推导出受单向压缩载荷和剪切载荷作用下的层合板临界屈曲载荷计算公式,并通过数值分析验证其计算的精确性。其次对本文所采用的传统的模拟退火算法进行分析与改进。为了避免概率接受造成的最优解丢失,在算法中引入记忆功能,并根据本文研究内容在算法内采用并行计算同时设置双阈值终止准则使得有效提高优化过程的收敛速度,避免优化过程中出现局部最优解。最后对复合材料层合板的稳定性进行结构优化。其中以临界屈曲载荷系数作为目标函数,选取复合材料层合板的铺设角度顺序作为设计变量,采用改进的模拟退火算法得出复合材料层合板的最优铺设角度以及铺层顺序,为实际应用提供依据。
【关键词】：复合材料层合板 稳定性 屈曲载荷 结构优化 模拟退火算法
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V214.8
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究背景及其意义8-10
• 1.2 层合板稳定性研究现状10-11
• 1.3 优化算法的发展及其研究现状11-13
• 1.4 模拟退火算法的研究应用现状13-14
• 1.5 论文的主要内容及结构安排14-16
• 第二章 层合板的屈曲分析16-28
• 2.1 基本关系16-22
• 2.1.1 复合材料单层板的弹性特性16-19
• 2.1.2 层合板的应力-应变关系19-21
• 2.1.3 层合板的刚度21-22
• 2.2 层合板的稳定性理论22-24
• 2.3 正交对称层合板的屈曲方程24-26
• 2.4 精确性分析26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 模拟退火算法28-40
• 3.1 模拟退火算法的原理28-32
• 3.1.1 固体退火的物理过程28
• 3.1.2 Metropolis抽样准则28-30
• 3.1.3 模拟退火算法的计算流程30-32
• 3.2 模拟退火算法各参数的控制32-34
• 3.2.1 初始温度及终止温度的确定32
• 3.2.2 温度衰减函数的确定32-33
• 3.2.3 Markov链长L_k的选取原则33
• 3.2.4 终止准则的选取原则33-34
• 3.3 数学模型的建立34-35
• 3.4 不同控制参数下层合板的优化分析35-39
• 3.4.1 层合板的振动方程35
• 3.4.2 算法初始温度T_0对优化结果的影响35-37
• 3.4.3 温降系数a 对优化结果的影响37-38
• 3.4.4 Markov链长对优化结果的影响38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 模拟退火算法对复合材料层合板铺层的优化40-59
• 4.1 模拟退火算法的改进及优化模型的建立40-42
• 4.1.1 算法的改进策略40-41
• 4.1.2 算法的改进41
• 4.1.3 层合板优化模型的建立41-42
• 4.2 改进的模拟退火算法与经典模拟退火算法的对比42-46
• 4.3 层合板屈曲优化的数值分析46-57
• 4.3.1 不同载荷比时层合板的屈曲优化46-52
• 4.3.2 不同长宽比时层合板的屈曲优化52-53
• 4.3.3 不同铺层厚度时层合板的屈曲优化53-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 总结与展望59-61
• 5.1 论文总结59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-65
• 发表论文和参加科研情况说明65-66
• 致谢66-67

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