復(fù)合材料蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)的多工況優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

    
       以復(fù)合材料蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)作為研究對象建立了多工況優(yōu)化模型，對眾多的材料設(shè)計(jì)變量進(jìn)行必要的取舍，通過優(yōu)化分析確定復(fù)合材料蜂窩夾層板面板各分層的厚度以及蜂窩芯層的厚度等，使結(jié)構(gòu)滿足相應(yīng)的頻率約束、屈曲約束，以及強(qiáng)度約束、位移約束和尺寸限制等同時達(dá)到結(jié)構(gòu)的重量最輕。采用序列二次規(guī)劃法對某衛(wèi)星的承力簡結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化結(jié)果表明：在滿足其振動特性以及靜力學(xué)特性的條件下，復(fù)合材料蜂窩承力筒的各面板層厚度以及蜂窩芯層的厚度均有所減小，減重效果顯著，較好地實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)的多工況優(yōu)化設(shè)計(jì)。

      近來年，蜂窩夾層板殼在衛(wèi)星結(jié)構(gòu)中有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，甚至已經(jīng)成為其主要的承力部件。蜂窩夾層板具有重量輕、強(qiáng)度高、剛度大的特點(diǎn)，其上下面板幾乎提供了夾層的全部彎曲剛度及平面內(nèi)的拉伸度；夾芯則提供了夾層的橫向剪切剛度，同時還起到穩(wěn)定面板，防止局部屈曲的作用。如何對蜂窩夾層板殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)是本文希望解決的關(guān)鍵問題，既要滿足嚴(yán)格的振動和靜力學(xué)指標(biāo)，同時又要盡可能地減輕結(jié)構(gòu)重量。

       在衛(wèi)星結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，由于復(fù)合材料和蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)的存在，從而增加了許多可設(shè)計(jì)的變量，如纖維方向角、鋪層方式、鋪層厚度、表層和夾芯厚度等等。它們?yōu)榻Y(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了更大的潛力，同時也增加了分析的復(fù)雜性。復(fù)合材料多用于蜂窩夾層板的表板、殼體的壁及加強(qiáng)筋（如中心承力筒結(jié)構(gòu)）等的設(shè)計(jì)。利用復(fù)合材料和蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性進(jìn)行衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是目前衛(wèi)星結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)之一。

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