层合板基频与声功率双目标优化及静力学分析

发布时间：2017-09-02 08:13

  本文关键词：层合板基频与声功率双目标优化及静力学分析

  更多相关文章： 复合材料层合板 第一阶固有频率 声功率 并列选择遗传算法 ANSYS

【摘要】：随着现代航空航天工业的高速发展,对飞行器提出了强动力、低噪声、高载荷的要求,这意味着结构的声振性能和承载能力面临更为严峻的挑战。复合材料层合板因其有较好的比强度、比刚度和抗疲劳性、可设计性一系列优异性能,使其在航空航天工业应用广泛。在工程实践中,层合板结构必然会因受到外部激励而产生振动从而向外界发生声辐射,并且层合板结构的振动易导致航空结构发生变形。因此分析层合板的声学和振动特性及其承载能力,进而进一步推动其在航空航天工业中的应用。目前多数学者只是选取几种特殊的纤维铺设角度进行层合板结构性能研究,这极大限制了层合板设计的灵活度。因此本文针对不同铺层角度条件下的层合板的振动特性、声辐射特性及其承载能力进行了分析。首先,采用分层有限元理论对不同铺设角度的层合板自由振动的固有频率进行求解。通过数值模拟验证了分层有限元法计算结果的精确性,并讨论了不同铺设角度下不同结构性能参数如不同铺设方式、不同弹性模量比、不同宽厚比对层合板结构基频的影响。其次,分析了含阻尼层合板的振动响应,结合声辐射模态概念获得四边简支和四边固支条件下,不同铺设角度下不同外激励位置的层合板的声功率,并研究不同结构性能参数如铺设方式、弹性模量比、宽厚比对层合板声功率的影响。结果表明:层合板的纤维铺设角度和宽厚比对其声辐射功率产生较大的影响。以上述计算得到的第一阶固有频率和中低频激励下的层合板的辐射声功率作为目标函数,采用并列选择遗传算法对层合板铺设角度的铺层顺序进行基频最大化和声功率最小化的双目标优化设计。优化结果表明:通过优化算法获得了四边简支和四边固支的层合板第一阶固有频率最大化和声功率最小化的最佳铺层顺序,从而有效的改善了层合板结构的振动特性和声学性能。最后,采用ANSYS软件对与上述四边固支层合基频最大化和声功率最小化具备相同铺层顺序的某种层合板进行静力学分析,从而获得层合板结构系统受外部载荷时的状态,最终为工程设计人员提供层合板结构在受外载时的应力、位移等数据的参考。
【关键词】：复合材料层合板 第一阶固有频率 声功率 并列选择遗传算法 ANSYS
【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
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的背景和意义9-11
• 1.2 国内外研究现状及发展11-14
• 1.2.1 层合板振动分析研究现状11-12
• 1.2.2 声辐射模态理论研究现状12
• 1.2.3 基于遗传算法的层合板结构优化研究现状12-13
• 1.2.4 ANSYS在复合材料中的研究现状13-14
• 1.3 论文的结构安排14-15
• 第2章 不同铺设角度下层合板结构参数对基频的影响15-26
• 2.1 前言15
• 2.2 分层理论简介15-19
• 2.3 分层理论求解精确性分析19-21
• 2.4 不同结构参数对基频的影响分析21-25
• 2.4.1 铺设方式对基频的影响21-22
• 2.4.2 弹性模量比对基频的影响22-24
• 2.4.3 宽厚比对基频的影响24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 不同铺设角度下层合板结构参数对声功率影响26-39
• 3.1 前言26
• 3.2 层合板声辐射模态求解26-29
• 3.2.1 阻尼系统振动响应计算26-27
• 3.2.2 板结构的声辐射模态27-29
• 3.3 不同结构参数对声功率的影响分析29-38
• 3.3.1 铺设方式对声功率的影响30-33
• 3.3.2 弹性模量比对声功率的影响33-36
• 3.3.3 宽厚比对声功率的影响36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 层合板基频和声功率双目标优化39-52
• 4.1 前言39
• 4.2 优化数学模型39-40
• 4.3 优化算法设计40-44
• 4.3.1 并列选择遗传算法40-42
• 4.3.2 并列选择法编码设计42
• 4.3.3 并列选择法分组设计42-43
• 4.3.4 并列选择法遗传算子设计43-44
• 4.4 数值模拟44-51
• 4.4.1 四边简支层合板优化模拟44-47
• 4.4.2 四边固支层合板优化模拟47-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 基于ANSYS的层合板结构的静力学分析52-62
• 5.1 前言52
• 5.2 ANSYS分析层合板的静力学过程52-56
• 5.2.1 确定单元类型53-54
• 5.2.2 设置单元实常数及材料属性54
• 5.2.3 创建几何模型54-55
• 5.2.4 划分网格55-56
• 5.2.5 设置边界约束及加载求解56
• 5.3 ANSYS分析层合板的静力学结果56-61
• 5.3.1 层合板结构刚度的分析57-59
• 5.3.2 层合板结构强度的分析59-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第6章 结论与展望62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-68
• 发表论文及参加科研情况说明68-69
• 致谢69-70

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本文编号：777381