復合材料加筋壁板的結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化設(shè)計

 
       一個二級優(yōu)化設(shè)計方法被用于復合材料加筋壁板的結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化設(shè)計。第一級對加筋壁板的主要截面尺寸進行優(yōu)化，著重把筋條間距作為設(shè)計變量，其中討論了各設(shè)計變量與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性之間的關(guān)系，以及結(jié)構(gòu)質(zhì)量與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和剛度之間的關(guān)系。第二級以提高結(jié)構(gòu)的屈曲因子為目標函數(shù)，采用遺傳算法進行固定鋪層數(shù)下的鋪層順序優(yōu)化。在優(yōu)化的過程中，應用軟件MSC．P atr an/N as tran進行具體的結(jié)構(gòu)有限元分析，保證計算的準確性。同時也考慮了設(shè)計規(guī)則和生產(chǎn)工藝等方面對復合材料結(jié)構(gòu)的要求。計算結(jié)果表明。采用二級優(yōu)化設(shè)計的方法是可行的。

      怎樣減少飛機的結(jié)構(gòu)重量，是飛機設(shè)計師百年來一直追求的目標。復合材料由于其比強度和比剛度高，抗疲勞抗腐蝕性能好和其剪裁設(shè)計的靈活性，受到了廣泛的關(guān)注。復合材料在飛機結(jié)構(gòu)中應用的比例越來越大。從尾翼逐漸擴展到機翼和機身。

       加筋壁板結(jié)構(gòu)的失效模式眾多，結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)會導致結(jié)構(gòu)大變形進而導致結(jié)構(gòu)失效。目前國內(nèi)外的一些設(shè)計部門仍以結(jié)構(gòu)屈曲載荷作為設(shè)計許用載荷。保持穩(wěn)定性是加筋壁板設(shè)計的主要依據(jù)。怎樣設(shè)計才能夠在滿足一定載荷的穩(wěn)定性要求的前提下盡量減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，是設(shè)計者一直考慮的問題。目前對于加筋壁板的設(shè)計主要采用半經(jīng)驗半理論的設(shè)計方法。但是隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展和工程優(yōu)化設(shè)計方法的不斷完善。復合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)從簡單的層板設(shè)計拓展到加筋壁板設(shè)計。但是之前的學者都是在筋條間距確定的條件下進行優(yōu)化，忽略了筋條間距變化這一重要因素對加筋壁板穩(wěn)定性的影響。

      本文針對復合材料加筋壁板的結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化，采用二級優(yōu)化的方法進行優(yōu)化，第一級考慮相鄰筋條的間距、筋條的厚度和高度、壁板的厚度等設(shè)計變量進行尺寸優(yōu)化：第二級利用遺傳算法進行復合材料的鋪層順序優(yōu)化。國內(nèi)外眾多學者將遺傳算法應用于復合材料的鋪層順序優(yōu)化進行了大量的研究，充分地說明了遺傳算法在處理復合材料鋪層順序問題的優(yōu)越性。遺傳算法應用了達爾文提出的物競天擇。適者生存”的理念，目前的遺傳算法與H olland提出的遺傳算法相比，有了許多的改進之處，但是主要的概念和基本的遺傳操作算子還是相似的。

資料下載： 復合材料加筋壁板的結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化設(shè)計.pdf