考虑层间应力的厚板复合材料结构多级优化设计方法

发布时间：2023-03-11 02:20

　　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Ab...

【文章页数】：100 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 复合材料在航空航天结构中的应用
        1.1.2 厚复合材料结构的研究背景
    1.2 层合板的基本理论及层间应力
        1.2.1 层合板的基本理论
        1.2.2 层间应力的定性分析
    1.3 国内外研究现状综述
        1.3.1 厚复合材料层间应力研究现状
        1.3.2 复合材料结构优化设计研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第二章 复合材料结构优化设计方法
    2.1 结构优化设计
        2.1.1 结构优化设计概述
        2.1.2 结构优化设计问题的数学描述
        2.1.3 结构优化设计的关键技术
    2.2 复合材料结构优化设计
        2.2.1 复合材料结构优化设计的特点
        2.2.2 厚板复合材料结构优化设计的难点
    2.3 基于代理模型的优化设计方法
        2.3.1 建立代理模型的一般步骤
        2.3.2 径向基神经网络代理模型
    2.4 遗传优化算法
        2.4.1 遗传算法的特点
        2.4.2 遗传算法的运行过程
    2.5 本章小结
第三章 厚板复合材料结构的分析方法及建模研究
    3.1 子层合板的概念
    3.2 厚板复合材料结构的分析方法
        3.2.1 状态空间法
        3.2.2 有限元方法
    3.3 结构分析算例与对比
        3.3.1 厚复合材料圆管算例
        3.3.2 复合材料厚板三点弯算例
        3.3.3 算例分析总结
    3.4 本章小结
第四章 厚板复合材料结构的多级优化设计方法
    4.1 优化问题描述
        4.1.1 优化问题的数学模型
        4.1.2 复合材料失效准则
        4.1.3 复合材料铺层设计的基本要求
    4.2 厚板复合材料结构的多级优化设计
        4.2.1 第一级优化设计
        4.2.2 第二级优化设计
        4.2.3 优化铺层顺序的遗传策略
        4.2.4 遗传算法的MATLAB程序
        4.2.5 结构参数化建模
    4.3 厚板复合材料结构多级优化设计算例
        4.3.1 厚复合材料圆管优化算例
        4.3.2 厚复合材料矩形板优化算例
    4.4 本章小结
第五章 某飞机全动舵面枢轴的优化设计
    5.1 枢轴结构的模型描述
        5.1.1 几何参数与材料参数
        5.1.2 载荷及边界条件
    5.2 枢轴的优化设计
        5.2.1 枢轴结构的分区
        5.2.2 优化的数学模型
        5.2.3 枢轴优化过程及结果
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
附录1 状态空间法MATLAB程序
附录2 遗传优化算法MATLAB程序



本文编号：3759007