復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可靠性與動力學(xué)綜合優(yōu)化方法研究.pdf

1、復(fù)合材料在航空工業(yè)中有著越來越廣泛的應(yīng)用,在航空發(fā)動機機匣等冷端部件中,以復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)為主要結(jié)構(gòu)形式。為了提高發(fā)動機的推重比,改善飛機的綜合性能,有必要對復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。
　　 本文采用遺傳算法并結(jié)合有限元數(shù)值解技術(shù)、響應(yīng)面法,研究復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的可靠性與動力學(xué)綜合優(yōu)化設(shè)計方法,并開發(fā)相應(yīng)的計算軟件。本文的研究工作主要包括以下幾個方面:
　　 (1)基于參數(shù)化有限元技術(shù)和復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)有限元理論,研

2、究了層合結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析和模態(tài)分析的方法,開發(fā)了參數(shù)化有限元程序:給出了復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)失效函數(shù)的定義方式,利用響應(yīng)面--有限元法對復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)進行可靠性分析。
　　 (2)建立了復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)的多目標動力學(xué)優(yōu)化模型,模型中以結(jié)構(gòu)的重量、最大蔡吳數(shù)、最大位移和固有頻率為分目標。其中后三者同時也是優(yōu)化過程中受到控制的約束變量。這樣優(yōu)化得到的結(jié)構(gòu)不僅在重量上是最輕的,而且具有最佳的結(jié)構(gòu)性能。在此基礎(chǔ)上進一步考慮結(jié)構(gòu)可靠性因素,

3、在約束變量中加入可靠度,建立了可靠性與動力學(xué)綜合優(yōu)化模型,使優(yōu)化后結(jié)構(gòu)更具有安全性。
　　 (3)開展了復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)動力學(xué)優(yōu)化算例分析和試驗驗證工作。對復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)進行了動力學(xué)優(yōu)化分析；根據(jù)優(yōu)化分析計算結(jié)果,對優(yōu)化前后復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)進行靜拉伸試驗和模態(tài)試驗驗證。結(jié)果表明:優(yōu)化后結(jié)構(gòu)具有更輕的重量,并且在強度、剛度和動態(tài)特性方面就有更優(yōu)的性能。
　　 (4)進行了復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)可靠性與動力學(xué)綜合優(yōu)化算例的分

4、析,結(jié)果表明,與結(jié)構(gòu)動力學(xué)優(yōu)化相比,綜合優(yōu)化后結(jié)構(gòu)具有更好的安全性能。根據(jù)某機匣的結(jié)構(gòu)特點,對其鋪層參數(shù)進行結(jié)構(gòu)可靠性與動力學(xué)綜合優(yōu)化設(shè)計,具有一定的工程應(yīng)用價值。
　　 (5)針對復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)特點,開展了遺傳算法編碼方式的研究,基于VC++6.0軟件平臺,開發(fā)了相應(yīng)的遺傳算法優(yōu)化程序。利用操作系統(tǒng)調(diào)用命令,以批處理方式執(zhí)行APDL有限元程序,將相應(yīng)的有限元分析結(jié)果讀取到優(yōu)化程序中,從而實現(xiàn)了遺傳算法與參數(shù)化有限元相結(jié)合的整