本文關(guān)鍵詞：層合板基頻與聲功率雙目標(biāo)優(yōu)化及靜力學(xué)分析

  更多相關(guān)文章： 復(fù)合材料層合板 第一階固有頻率 聲功率 并列選擇遺傳算法 ANSYS

【摘要】：隨著現(xiàn)代航空航天工業(yè)的高速發(fā)展,對飛行器提出了強動力、低噪聲、高載荷的要求,這意味著結(jié)構(gòu)的聲振性能和承載能力面臨更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。復(fù)合材料層合板因其有較好的比強度、比剛度和抗疲勞性、可設(shè)計性一系列優(yōu)異性能,使其在航空航天工業(yè)應(yīng)用廣泛。在工程實踐中,層合板結(jié)構(gòu)必然會因受到外部激勵而產(chǎn)生振動從而向外界發(fā)生聲輻射,并且層合板結(jié)構(gòu)的振動易導(dǎo)致航空結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。因此分析層合板的聲學(xué)和振動特性及其承載能力,進而進一步推動其在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用。目前多數(shù)學(xué)者只是選取幾種特殊的纖維鋪設(shè)角度進行層合板結(jié)構(gòu)性能研究,這極大限制了層合板設(shè)計的靈活度。因此本文針對不同鋪層角度條件下的層合板的振動特性、聲輻射特性及其承載能力進行了分析。首先,采用分層有限元理論對不同鋪設(shè)角度的層合板自由振動的固有頻率進行求解。通過數(shù)值模擬驗證了分層有限元法計算結(jié)果的精確性,并討論了不同鋪設(shè)角度下不同結(jié)構(gòu)性能參數(shù)如不同鋪設(shè)方式、不同彈性模量比、不同寬厚比對層合板結(jié)構(gòu)基頻的影響。其次,分析了含阻尼層合板的振動響應(yīng),結(jié)合聲輻射模態(tài)概念獲得四邊簡支和四邊固支條件下,不同鋪設(shè)角度下不同外激勵位置的層合板的聲功率,并研究不同結(jié)構(gòu)性能參數(shù)如鋪設(shè)方式、彈性模量比、寬厚比對層合板聲功率的影響。結(jié)果表明:層合板的纖維鋪設(shè)角度和寬厚比對其聲輻射功率產(chǎn)生較大的影響。以上述計算得到的第一階固有頻率和中低頻激勵下的層合板的輻射聲功率作為目標(biāo)函數(shù),采用并列選擇遺傳算法對層合板鋪設(shè)角度的鋪層順序進行基頻最大化和聲功率最小化的雙目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化結(jié)果表明:通過優(yōu)化算法獲得了四邊簡支和四邊固支的層合板第一階固有頻率最大化和聲功率最小化的最佳鋪層順序,從而有效的改善了層合板結(jié)構(gòu)的振動特性和聲學(xué)性能。最后,采用ANSYS軟件對與上述四邊固支層合基頻最大化和聲功率最小化具備相同鋪層順序的某種層合板進行靜力學(xué)分析,從而獲得層合板結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受外部載荷時的狀態(tài),最終為工程設(shè)計人員提供層合板結(jié)構(gòu)在受外載時的應(yīng)力、位移等數(shù)據(jù)的參考。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料層合板 第一階固有頻率 聲功率 并列選擇遺傳算法 ANSYS
【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
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題研究的背景和意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展11-14
• 1.2.1 層合板振動分析研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 聲輻射模態(tài)理論研究現(xiàn)狀12
• 1.2.3 基于遺傳算法的層合板結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.4 ANSYS在復(fù)合材料中的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 論文的結(jié)構(gòu)安排14-15
• 第2章 不同鋪設(shè)角度下層合板結(jié)構(gòu)參數(shù)對基頻的影響15-26
• 2.1 前言15
• 2.2 分層理論簡介15-19
• 2.3 分層理論求解精確性分析19-21
• 2.4 不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對基頻的影響分析21-25
• 2.4.1 鋪設(shè)方式對基頻的影響21-22
• 2.4.2 彈性模量比對基頻的影響22-24
• 2.4.3 寬厚比對基頻的影響24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第3章 不同鋪設(shè)角度下層合板結(jié)構(gòu)參數(shù)對聲功率影響26-39
• 3.1 前言26
• 3.2 層合板聲輻射模態(tài)求解26-29
• 3.2.1 阻尼系統(tǒng)振動響應(yīng)計算26-27
• 3.2.2 板結(jié)構(gòu)的聲輻射模態(tài)27-29
• 3.3 不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對聲功率的影響分析29-38
• 3.3.1 鋪設(shè)方式對聲功率的影響30-33
• 3.3.2 彈性模量比對聲功率的影響33-36
• 3.3.3 寬厚比對聲功率的影響36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第4章 層合板基頻和聲功率雙目標(biāo)優(yōu)化39-52
• 4.1 前言39
• 4.2 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型39-40
• 4.3 優(yōu)化算法設(shè)計40-44
• 4.3.1 并列選擇遺傳算法40-42
• 4.3.2 并列選擇法編碼設(shè)計42
• 4.3.3 并列選擇法分組設(shè)計42-43
• 4.3.4 并列選擇法遺傳算子設(shè)計43-44
• 4.4 數(shù)值模擬44-51
• 4.4.1 四邊簡支層合板優(yōu)化模擬44-47
• 4.4.2 四邊固支層合板優(yōu)化模擬47-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 第5章 基于ANSYS的層合板結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析52-62
• 5.1 前言52
• 5.2 ANSYS分析層合板的靜力學(xué)過程52-56
• 5.2.1 確定單元類型53-54
• 5.2.2 設(shè)置單元實常數(shù)及材料屬性54
• 5.2.3 創(chuàng)建幾何模型54-55
• 5.2.4 劃分網(wǎng)格55-56
• 5.2.5 設(shè)置邊界約束及加載求解56
• 5.3 ANSYS分析層合板的靜力學(xué)結(jié)果56-61
• 5.3.1 層合板結(jié)構(gòu)剛度的分析57-59
• 5.3.2 層合板結(jié)構(gòu)強度的分析59-61
• 5.4 本章小結(jié)61-62
• 第6章 結(jié)論與展望62-64
• 6.1 結(jié)論62-63
• 6.2 展望63-64
• 參考文獻64-68
• 發(fā)表論文及參加科研情況說明68-69
• 致謝69-70

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