基于可靠性的复合材料结构稳健性设计

发布时间：2017-11-15 17:27

  本文关键词：基于可靠性的复合材料结构稳健性设计

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【摘要】：先进复合材料由于重量相对金属材料低,其刚度和强度性能优异,广泛的应用于航空航天领域。复合材料层合板结构对于其铺层厚度、环境载荷和铺层角度的变化十分敏感,为了保证结构的安全性,用结构可靠性作为结构设计的限制条件,是近年来主要研究和探讨的问题。但结构在实际生产和使用中产生的误差与变化对结构可靠性也会产生一定的影响,为了使结构对这些误差不敏感,可以对复合材料结构进行稳健性设计使优化的结构对其尺寸和外载荷在实际使用中产生的波动不敏感。由于这种设计方法考虑结构在实际制造和使用中产生的误差对结构可靠性的影响,从而提高了产品的质量,因此越来越受到人们的关注与重视。本文首先进行基于可靠性的层合板结构设计,采用经典层合板理论对复合材料层合板进行力学性能分析,并采用Tasi-Wu失效准则结合层合板首层失效准则对层合板是否失效进行判断。本文在结构强度参数和载荷均为随机变量的条件下,以可靠性指标作为限制条件,利用蒙特卡洛法计算结构可靠性指标,并采用遗传算法优化结构,最终获得满足可靠性限制条件的最优层合结构。在完成基于可靠性的结构优化后,本文提出了一种二级优化方法对层合结构进行稳健性设计,得到了在结构可靠度与结构整体厚度均为限制条件下的结构整体敏度最小的最优结构。传统的结构稳健性设计是一种多目标优化问题,传统设计方法采用加权系数的方式优化这类问题,并不能很好地解决这类结构设计问题,本文提出的二级优化方法使结构在放弃一定厚度的条件下,得到了具有良好稳健性的复合材料层合结构,大大的简化了稳健性设计问题,使双目标优化问题转换成两个单目标优化的问题。并且分析和对比了在不同限制条件下得到的不同的结果,为这种方法的实际应用提供了一定的参考。通过二级优化方法,可以使结构的稳健性设计的难度大大的降低,能够有效解决一些复杂的实际问题。
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V214.8

【参考文献】

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本文编号：1190634