复合材料层合结构可靠性优化方法研究

摘要

复合材料在航空工业中有着越来越广泛的应用,在航空发动机机匣等冷端部件中,以复合材料层合结构为主要结构形式.为了提高发动机的推重比,改善飞机的综合性能,必须对这些复合材料层合结构进行优化设计.由于复合材料的材料性能分散性大,结构所承受的载荷也具有不确定性,因此在设计中需要考虑复合材料层合结构的可靠性.本文采用遗传算法并结合有限元数值解技术、响应面法,研究复合材料层合结构的可靠性优化设计方法,并开发相应的计算软件.通过多个优化算例验证了本文所提出的方法具有很好的优化效果.本文的研究内容主要包括以下几个方面:(1)研究基于遗传算法和参数化有限元技术的复合材料层合结构可靠性优化方法,并建立针对复杂复合材料层合结构的多目标可靠性优化模型和方法.(2)研究针对复合材料层合结构特点的遗传算法编码方式,并在此基础上建立复合材料层合结构可靠性优化设计的自适应遗传算法优化程序.(3)研究利用参数化有限元技术分析复合材料层合结构力学性能和结构可靠度的方法,并基于ANSYS软件平台开发相应的参数化有限元程序.(4)利用优化算例验证了本文所提出的复合材料层合结构可靠性优化方法.

目录

文摘

英文文摘

承诺书

第一章绪论

1.1研究背景、目的和意义

1.2国内外研究与发展状况

1.3本文研究工作

第二章复合材料层合结构有限元分析

2.1复合材料层合结构简介

2.2 SHELL99单元有限元理论

2.3复合材料层合结构失效准则与强度分析

2.4有限元参数化建模与分析

2.5复合材料层合板参数化有限元算例分析

2.6本章小结

第三章复合材料层合结构可靠性分析

3.1引言

3.2复合材料层合结构失效函数定义

3.3基于响应面法的复合材料层合结构可靠性分析

3.4基于ANSYS平台的层合结构可靠性分析程序实现

3.5复合材料层合结构可靠性分析算例

3.6本章小结

第四章基于GA-FEM的复合材料层合结构可靠性优化方法

4.1引言

4.2标准遗传算法简介

4.3复合材料层合结构优化数学模型

4.3.1优化问题描述

4.3.2单目标优化数学模型

4.3.3多目标优化数学模型

4.4复合材料层合结构可靠性优化算法

4.4.1设计变量的编码/解码方法

4.4.2适应度值计算

4.4.3遗传算子

4.5复合材料层合结构可靠性优化方法的程序设计

4.5.1遗传算法的程序设计

4.5.2复合材料层合结构可靠性优化方法的程序实现

4.5.3优化程序和有限元程序的数据接口及调用方式

4.5.4复合材料层合结构可靠性优化程序结构总图

4.6本章小结

第五章复合材料层合结构优化设计算例分析

5.1复合材料层合圆柱壳铺层结构优化算例

5.1.1问题描述

5.1.2复合材料层合圆柱壳的几何模型及有限元模型

5.1.3优化结果分析

5.2复合材料层合平板结构优化和结构可靠性优化算例

5.2.1问题描述

5.2.2复合材料层合平板的几何模型和有限元模型

5.2.3优化结果分析

5.3复合材料机匣结构优化设计和结构可靠性优化设计

5.3.1问题描述

5.3.2复合材料机匣的几何模型和有限元模型

5.3.3优化结果分析

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2今后进一步的工作

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

参考文献