復合材料結構可靠性與動力學綜合優(yōu)化方法研究.pdf

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

2、究了層合結構力學性能分析和模態(tài)分析的方法,開發(fā)了參數(shù)化有限元程序:給出了復合材料層合結構失效函數(shù)的定義方式,利用響應面--有限元法對復合材料層合結構進行可靠性分析。
　　 (2)建立了復合材料層合結構的多目標動力學優(yōu)化模型,模型中以結構的重量、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)化得到的結構不僅在重量上是最輕的,而且具有最佳的結構性能。在此基礎上進一步考慮結構可靠性因素,

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

4、析,結果表明,與結構動力學優(yōu)化相比,綜合優(yōu)化后結構具有更好的安全性能。根據(jù)某機匣的結構特點,對其鋪層參數(shù)進行結構可靠性與動力學綜合優(yōu)化設計,具有一定的工程應用價值。
　　 (5)針對復合材料層合結構特點,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)了相應的遺傳算法優(yōu)化程序。利用操作系統(tǒng)調用命令,以批處理方式執(zhí)行APDL有限元程序,將相應的有限元分析結果讀取到優(yōu)化程序中,從而實現(xiàn)了遺傳算法與參數(shù)化有限元相結合的整