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.pdf

1、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(guò)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(wèn)題，一個(gè)是目前商用的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析軟件沒(méi)有集成對(duì)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

2、增加優(yōu)化周期，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)通用性。第二個(gè)問(wèn)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(duì)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(duì)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(duì)建立的機(jī)翼結(jié)

3、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(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化所存在的特定問(wèn)題，將遺傳算法進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)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(tái)，通過(guò)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(duì)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(wèn)題的模擬，得到了優(yōu)化后的復(fù)合材料鋪層信息。研究表明

4、：⑴借助Hypermesh有限元前處理工具，能夠直接對(duì)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(wú)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；⑵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；⑶通過(guò)Isight優(yōu)化平臺(tái)，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