基于AGA-FEM的复合材料层合壳结构优化方法研究

摘要

该文提出采用自适应遗传算法(Adaptive Genetic Algorithm)和有限元方法(Finite Element Method,FEM)结合即AGA-FEM方法进行纤维增强型复合材料层合壳结构的优化设计,并对某航空发动机复合材料机匣进行优化设计分析,取得了很好的效果.该文的研究主要包括:(1)发展了AGA-FEM方法并提出将其用于复合材料层合壳结构的优化设计分析,提出了分别考虑铺层厚度和铺层角度的两级优化策略.(2)针对复合材料层合壳的离散型优化特点,提出两种整数型编码方式来表征层合壳结构参数.并运用其中一种编码方式对层合壳进行优化分析,取得很好的效果.(3)将该文方法应用于某航空发动机机匣简化结构的优化分析.分析表明,该文发展的方法对于机匣等工程构件有较好的适应能力.(4)通过ANSYS软件二次开发与VC++的界面编程,发展了该文方法的计算软件系统.

目录

文摘

英文文摘

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

1.2.1复合材料及设计方法

1.2.2复合材料层合板壳的结构优化设计方法

1.3本文研究内容

1.3.1技术路线

1.3.2研究内容

第二章复合材料壳结构及其有限元分析

2.1复合材料壳结构的力学特性分析

2.1.1复合材料层合壳的力学特点

2.1.2层合壳的基本假设

2.1.3薄壳的几何方程

2.1.4薄壳的物理方程

2.1.5层合圆柱壳

2.1.6单层壳的失效判据

2.2复合材料层合壳的有限元分析

2.2.1计算方法的确定

2.2.2曲壳单元介绍

2.2.3复合材料层合壳的有限元分析

2.3本章小结

第三章AGA-FEM

3.1引言

3.2标准遗传算法介绍

3.2.1标准遗传算法的基本原理

3.2.2标准遗传算法的局限性

3.3自适应遗传算法(Adaptive GA，AGA)

3.3.1自适应交叉概率和变异概率

3.3.2自适应遗传算法

3.3.3优选

3.3.4自适应遗传算法的算例分析与考核

3.4 AGA-FEM求解层合壳优化问题

3.4.1层合壳优化问题的描述

3.4.2遗传算法设计中主要问题及其实现

3.4.3 AGA-FEM

3.5本章小结

第四章复合材料层合柱壳优化设计的AGA-FEM

4.1引言

4.2问题提出

4.2.1问题的数学模型

4.2.2层合壳的基本参数

4.3 AGA-FEM分析

4.3.1 ANSYS二次开发

4.3.2铺层厚度优化设计

4.3.3铺层角度优化设计

4.3.4同时考虑铺层厚度和铺层角度的优化

4.3.5同时承受扭矩和轴向拉力的铺层优化

4.4本章小结

第五章AGA-FEM用于航空发动机机匣优化设计分析

5.1 T300/KH304复合材料机匣的优化问题

5.1.1复合材料机匣结构及简化模型

5.1.2复合材料机匣重量优化问题的提出

5.1.3数学模型

5.2机匣的铺层厚度优化

5.2.1数学模型

5.2.2有限元建模

5.2.3优化结果

5.3机匣的铺层厚度优化

5.3.1数学模型

5.3.2有限元建模

5.3.3优化结果

5.4主铺层为30层的机匣结构铺层优化

5.5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