本文關(guān)鍵詞：復(fù)合材料機(jī)翼結(jié)構(gòu)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析方法，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：和傳統(tǒng)材料相比,復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比剛度高、熱膨脹系數(shù)小、耐高溫、抗疲勞和抗沖擊等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用到航空航天領(lǐng)域;復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性是其一大特點(diǎn),通過優(yōu)化其鋪層角度、鋪層順序和丟層區(qū)域,最終提高結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。因此,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的工程實(shí)際應(yīng)用中,面臨著兩個(gè)主要問題,一個(gè)是目前商用的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析軟件沒有集成對復(fù)合材料的優(yōu)化算法,研究人員根據(jù)特定工況,需編寫分析計(jì)算程序和優(yōu)化算法。不僅增加優(yōu)化周期,也無法實(shí)現(xiàn)通用性。第二個(gè)問題是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)變量規(guī)模不同于金屬結(jié)構(gòu),表現(xiàn)為設(shè)計(jì)變量數(shù)目龐大、類型既有離散的,又有連續(xù)的、同時(shí)變量之間相互影響。為了提高優(yōu)化效率,必須選擇合適的優(yōu)化算法,同時(shí)降低設(shè)計(jì)變量數(shù)目。本文從工程實(shí)際的角度出發(fā),對纖維鋪層復(fù)合材料優(yōu)化進(jìn)行了一定程度的探索。首先對層合板結(jié)構(gòu)和夾芯結(jié)構(gòu)的本構(gòu)方程、失效模式以及其有限元理論進(jìn)行研究,找到一種CAD到CAE轉(zhuǎn)換方法,運(yùn)用該種辦法對建立的機(jī)翼結(jié)構(gòu)件數(shù)字模型進(jìn)行力學(xué)分析。其次借助Matlab遺傳算法工具箱,編寫遺傳算法,并且針對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化所存在的特定問題,將遺傳算法進(jìn)行改進(jìn),通過組合優(yōu)化策略提高優(yōu)化效率。最后使用工程優(yōu)化軟件Isight搭建優(yōu)化平臺,通過整合數(shù)據(jù)處理工具M(jìn)atlab以及目標(biāo)函數(shù)計(jì)算工具M(jìn)SC.Patran/Nastran等不同類別的專業(yè)軟件,完成了對蒙皮穩(wěn)定性、機(jī)翼彎曲剛度以及蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)強(qiáng)度這些機(jī)翼典型問題的模擬,得到了優(yōu)化后的復(fù)合材料鋪層信息。文章得出以下結(jié)論:1、借助Hypermesh有限元前處理工具,能夠直接對幾何模型進(jìn)行操作,實(shí)現(xiàn)數(shù)字模型到有限元模型的無縫轉(zhuǎn)換,同時(shí)修補(bǔ)破面、漏面,具有很強(qiáng)的通用性,能大幅提高工程有限元分析效率;2、創(chuàng)新性的提出了將多島遺傳優(yōu)化算法和梯度優(yōu)化算法進(jìn)行組合這一優(yōu)化策略,在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)遺傳算法在局部收索能力上的不足,同時(shí)縮短了收斂所需的代數(shù),提高了優(yōu)化效率;3、通過Isight優(yōu)化平臺,能夠整合多島遺傳優(yōu)化算法、梯度優(yōu)化算法、以及有限元分析工具,使復(fù)合材料優(yōu)化工作變得通用化、自動(dòng)化、參數(shù)化、直觀化;4、本文的優(yōu)化方法很好的解決了復(fù)合材料機(jī)翼典型結(jié)構(gòu),包括層合結(jié)構(gòu)和夾芯結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析問題,通過與其他文獻(xiàn)對比證明優(yōu)化結(jié)果合理可靠,是具有工程使用價(jià)值的;5、采用二維殼單元與三維實(shí)體單元相結(jié)合的辦法,解決了夾芯厚度方向應(yīng)力分布的計(jì)算和控制單元數(shù)量之間的矛盾。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料 鋪層設(shè)計(jì) 遺傳算法 屈曲 離散優(yōu)化 有限元
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V224
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 研究的意義和目的10-11
• 1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及分析11-16
• 1.2.1 分析方法13-14
• 1.2.2 優(yōu)化算法14-15
• 1.2.3 存在的問題15-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有限元分析17-38
• 2.1 引言17-18
• 2.2 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有限元理論18-31
• 2.2.1 本構(gòu)關(guān)系18-22
• 2.2.2 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)單元22-28
• 2.2.3 單元?jiǎng)偠染仃?/span>28-29
• 2.2.4 層合板屈曲分析29-31
• 2.3 CAD導(dǎo)入CAE方法介紹31-33
• 2.4 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)失效分析方法33-37
• 2.4.1 復(fù)合材料層合板失效準(zhǔn)則33-35
• 2.4.2 夾芯結(jié)構(gòu)失效準(zhǔn)則35-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第3章 改進(jìn)的遺傳優(yōu)化算法38-53
• 3.1 引言38-39
• 3.2 遺傳算法介紹39-44
• 3.2.1 遺傳編碼39-40
• 3.2.2 適應(yīng)度函數(shù)40-41
• 3.2.3 遺傳算子41-44
• 3.3 Matlab遺傳算法工具箱44-45
• 3.4 遺傳算法的改進(jìn)45-52
• 3.4.1 多島遺傳算法46-47
• 3.4.2 懲罰函數(shù)47-48
• 3.4.3 組合優(yōu)化48-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 第4章 復(fù)合材料機(jī)翼結(jié)構(gòu)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)53-69
• 4.1 引言53
• 4.2 優(yōu)化平臺53-57
• 4.2.1 Isight優(yōu)化平臺介紹53-54
• 4.2.2 Isight優(yōu)化平臺建立54-57
• 4.3 仿真算例57-68
• 4.3.1 仿真算例一57-60
• 4.3.2 仿真算例二60-63
• 4.3.3 仿真算例三63-68
• 4.4 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論與展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 附錄75-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果76-78
• 致謝78

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 王想生;趙彬;李永剛;劉偉;岳珠峰;;基于ISIGHT/NASTRAN的機(jī)翼翼梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];飛機(jī)設(shè)計(jì);2008年04期

2 陳紹杰;;大型飛機(jī)與復(fù)合材料[J];航空制造技術(shù);2008年15期

3 丁運(yùn)亮,劉毅;夾層結(jié)構(gòu)前機(jī)身有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];航空學(xué)報(bào);1993年10期

4 陳紹杰;;復(fù)合材料技術(shù)與大型飛機(jī)[J];航空學(xué)報(bào);2008年03期

5 喬巍;姚衛(wèi)星;;復(fù)合材料加筋板鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì)的等效彎曲剛度法[J];計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào);2011年01期

6 楊建靈;張麗艷;周少華;;基于參數(shù)化組件定義的復(fù)合材料旋翼槳葉結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];航空學(xué)報(bào);2013年03期

7 石建軍;吳東輝;遲波;丁新靜;李睿;;Shell91單元在復(fù)合材料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用[J];纖維復(fù)合材料;2006年03期

  本文關(guān)鍵詞：復(fù)合材料機(jī)翼結(jié)構(gòu)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析方法，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：412003