本文關(guān)鍵詞：基于模擬退火算法的復(fù)合材料層合板屈曲優(yōu)化

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【摘要】：由于復(fù)合材料是一種比強度高、比剛度大、比模量高、材料性能可以設(shè)計的一種材料,因此復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,而作為飛機結(jié)構(gòu)基本元件之一的復(fù)合材料層合板的研究,也越來越受到研究人員的關(guān)注。隨著現(xiàn)代航空航天技術(shù)的發(fā)展,對飛行器的動力以及載荷的要求越來越高,因此對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提出了更高的要求,其中作為飛行器主要承載構(gòu)件的復(fù)合材料層合板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是必不可少的研究方向。復(fù)合材料層合板各層的鋪設(shè)角度以及鋪層順序的改變都會對結(jié)構(gòu)的性能造成顯著的影響,因此優(yōu)化層合板各層的鋪設(shè)角度以及鋪層順序使其穩(wěn)定性達到最優(yōu)在實際應(yīng)用中有著重要的意義。由于復(fù)合材料層合板不同的鋪層角度是離散變量,所以用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法進行優(yōu)化求解比較困難,而近年來受到廣泛應(yīng)用的模擬退火算法可很好的求解離散變量的優(yōu)化問題,并且對于復(fù)合材料層合板鋪層順序的優(yōu)化有明顯的優(yōu)越性。針對復(fù)合材料層合板穩(wěn)定性分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化,本文做了如下研究工作:首先對復(fù)合材料層合板進行了穩(wěn)定性分析。本文采用經(jīng)典層合板理論結(jié)合穩(wěn)定性理論推導(dǎo)出受單向壓縮載荷和剪切載荷作用下的層合板臨界屈曲載荷計算公式,并通過數(shù)值分析驗證其計算的精確性。其次對本文所采用的傳統(tǒng)的模擬退火算法進行分析與改進。為了避免概率接受造成的最優(yōu)解丟失,在算法中引入記憶功能,并根據(jù)本文研究內(nèi)容在算法內(nèi)采用并行計算同時設(shè)置雙閾值終止準(zhǔn)則使得有效提高優(yōu)化過程的收斂速度,避免優(yōu)化過程中出現(xiàn)局部最優(yōu)解。最后對復(fù)合材料層合板的穩(wěn)定性進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。其中以臨界屈曲載荷系數(shù)作為目標(biāo)函數(shù),選取復(fù)合材料層合板的鋪設(shè)角度順序作為設(shè)計變量,采用改進的模擬退火算法得出復(fù)合材料層合板的最優(yōu)鋪設(shè)角度以及鋪層順序,為實際應(yīng)用提供依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料層合板 穩(wěn)定性 屈曲載荷 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 模擬退火算法
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V214.8
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 研究背景及其意義8-10
• 1.2 層合板穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 優(yōu)化算法的發(fā)展及其研究現(xiàn)狀11-13
• 1.4 模擬退火算法的研究應(yīng)用現(xiàn)狀13-14
• 1.5 論文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排14-16
• 第二章 層合板的屈曲分析16-28
• 2.1 基本關(guān)系16-22
• 2.1.1 復(fù)合材料單層板的彈性特性16-19
• 2.1.2 層合板的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系19-21
• 2.1.3 層合板的剛度21-22
• 2.2 層合板的穩(wěn)定性理論22-24
• 2.3 正交對稱層合板的屈曲方程24-26
• 2.4 精確性分析26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第三章 模擬退火算法28-40
• 3.1 模擬退火算法的原理28-32
• 3.1.1 固體退火的物理過程28
• 3.1.2 Metropolis抽樣準(zhǔn)則28-30
• 3.1.3 模擬退火算法的計算流程30-32
• 3.2 模擬退火算法各參數(shù)的控制32-34
• 3.2.1 初始溫度及終止溫度的確定32
• 3.2.2 溫度衰減函數(shù)的確定32-33
• 3.2.3 Markov鏈長L_k的選取原則33
• 3.2.4 終止準(zhǔn)則的選取原則33-34
• 3.3 數(shù)學(xué)模型的建立34-35
• 3.4 不同控制參數(shù)下層合板的優(yōu)化分析35-39
• 3.4.1 層合板的振動方程35
• 3.4.2 算法初始溫度T_0對優(yōu)化結(jié)果的影響35-37
• 3.4.3 溫降系數(shù)a 對優(yōu)化結(jié)果的影響37-38
• 3.4.4 Markov鏈長對優(yōu)化結(jié)果的影響38-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第四章 模擬退火算法對復(fù)合材料層合板鋪層的優(yōu)化40-59
• 4.1 模擬退火算法的改進及優(yōu)化模型的建立40-42
• 4.1.1 算法的改進策略40-41
• 4.1.2 算法的改進41
• 4.1.3 層合板優(yōu)化模型的建立41-42
• 4.2 改進的模擬退火算法與經(jīng)典模擬退火算法的對比42-46
• 4.3 層合板屈曲優(yōu)化的數(shù)值分析46-57
• 4.3.1 不同載荷比時層合板的屈曲優(yōu)化46-52
• 4.3.2 不同長寬比時層合板的屈曲優(yōu)化52-53
• 4.3.3 不同鋪層厚度時層合板的屈曲優(yōu)化53-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第五章 總結(jié)與展望59-61
• 5.1 論文總結(jié)59-60
• 5.2 展望60-61
• 參考文獻61-65
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明65-66
• 致謝66-67

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