基于遗传算法的层压板强度优化设计

本文的主要目的是研究遗传算法的优化机理并将遗传算法应用到复合材料层压板铺层的优化设计中。在深入理解力学原理,熟悉掌握数值计算方法的基础上对层压板进行强度优化设计。因此,在深入研究单层复合材料以及叠层复合材料的弹性特征理论基础和改进的遗传算法优化理论之后,针对复合材料层压结构遗传算法优化设计中层压结构参数具有离散型的特点,提出了适合复合材料层压结构遗传算法优化设计的整数编码策略,以整数来表征层压结构参数,这种编码方式简单直观、使用方便、易于进行遗传算法的交叉及变异操作。在分析层压结构强度的基础上,针对结构强度优化的目标构造了可用于遗传算法的适应度函数。同时参考了一定的铺层规则,在铺层角度限制为工程中常用的四种角度的前提下,应用遗传算法对层压板进行了铺层优化设计。设计结果表明,由于遗传算法特有的处理离散型问题的优势,在层压板铺层的优化设计中应用遗传算法是可行和可信的。     

大型风机复合材料叶片铺层优化设计

本文的主要研究内容是基于遗传算法对大型风机复合材料叶片进行铺层优化设计,对其进行优化设计必须建立在深入理解力学原理,熟悉掌握数值计算方法的基础上。因此,在深入研究单层复合材料以及叠层复合材料的弹性特征理论基础和改进的遗传算法优化理论之后,参考了一定的铺层规则,在铺层角度限制为工程中常用的四种角度的前提下,应用遗传算法对大型风机复合材料叶片进行了铺层优化设计。设计结果表明,由于遗传算法特有的处理离散型问题的优势,在叶片铺层的优化设计中应用遗传算法是可行和可信的。     

提高层压板屈曲强度的铺层顺序优化方法讨论

复合材料层压板铺层优化设计对于提高飞机结构承载能力至关重要。本文基于遗传算法和随机正态分布优化算法,以轴压复合材料层压板屈曲荷载为目标函数,开展铺层顺序优化设计。采用MATLAB语言编写两种优化算法程序,对不同铺层数和边界条件的对称均衡层压板进行铺层顺序优化。结果表明:采用整数编码、罚函数处理约束条件的遗传算法能够优化层合板铺层顺序问题;当铺层总数为24层时,四边简支和四边固支层合板的最优铺层相比最差铺层的承载力分别提高了27%和15%,优化铺层设计效果明显。随机正态分布优化算法计算结果与遗传算法结果一致,随机正态分布优化算法更简单实用、易收敛,更适用于层压板的铺层顺序优化设计。     

基于深度学习的复合材料铺层优化方法

复合材料在航空工程中有着广泛的应用,其中铺层优化对提高结构承载能力至关重要。本文中首先运用基于神经网络的深度学习方法快速预测设计结果,然后依据预测结果,通过遗传算法搜索复合材料层合板设计问题的最优解,提高铺层设计效率,最后对比应用深度学习技术与传统优化算法得到的优化结果,证明了深度学习技术在层合板铺层优化中的便捷性和有效性。     

用遗传算法实现特殊泊松比的层合板设计

本文针对在复合材料层合板设计中泊松比的设计问题,用遗传算法对给定层数的层合板进行了泊松比的优化研究,使其满足特定的要求.通过计算看出,与传统优化方法不同,遗传算法不需要特定的初始条件就可以快速得到结果,表明了遗传算法在复合材料设计领域可以作为一种有效的设计手段,所完成的优化软件具有一定的工程应用价值.     

基于启发式知识和自适用遗传算法的复合材料铺层优化设计

一般针对复合材料层合板铺层优化设计的研究多侧重于算法的研究,没有考虑到铺层知识对铺层的约束.本文建立了基于启发式知识和自适应遗传算法的复合材料层合板铺层优化模型,采用带置信度的IF-THEN模糊表达方式表达层合板铺层启发式知识,以蔡-希尔(Tsai-Hill)强度准则建立自适用遗传算法的适应度函数,在原有约束的基础上增加了铺层启发式知识约束.算例应用上述模型求解层合板的最佳铺层顺序,并将该结果和没有应用铺层知识约束的优化结果进行比较,证明了该模型的优越性和实用性.     

复合材料加筋壁板优化设计

对于复合材料加筋壁板稳定性优化问题,由于涉及多个设计变量:筋条数目、筋条间距、筋条高度、筋条的铺层参数、面板的铺层参数等,本文采用具有多参数级联编码方式的遗传算法时基于稳定性设计要求的加筋壁板进行了优化.对复合材料T型加筋壁板结构重量优化的算例,验证了本文所用方法的有效性.     

基于改进自适应遗传算法的复合材料铺层优化设计

为提高采用遗传算法的复合材料铺层优化计算效率,提出了改进的自适应遗传算法,其交叉和变异算子在迭代过程中能够根据种群迭代收敛趋势进行自适应调整。通过二维Rasrtigrin测试函数试验,表明改进自适应遗传算法能够增加全局收敛次数,提高收敛速度。在此基础上,编写整数编码的改进自适应遗传算法,并结合经典层合板理论,以质量轻量化为目标,结构强度和刚度为约束条件,对复合材料层合板进行铺层优化设计,算例迭代过程显示收敛到最优解自适应遗传算法需进化27代,改进自适应遗传算法需进化19代。结果表明,提出的改进自适应遗传算法能够明显提高复合材料铺层优化设计效率。     

基于改进双种群遗传算法的复合材料层合板铺层优化设计

针对复合材料层合板铺层优化设计过程中易出现的算法早熟及收敛慢的问题,结合多种群遗传算法和自适应遗传算法,提出一种引入自适应算子的改进双种群遗传算法。在算法过程中以对称复合材料层合板为例进行验证,通过Patran建立有限元初始模型,采用Matlab编写遗传算法主程序及数据传递程序,实现对Nastran的输入输出文件的读写,并在以Tsai-Wu准则为基础确立的适应度函数下,对复合材料层合板的铺层顺序进行优化。对比传统遗传算法,结果表明该改进算法能够明显提高优化效率,并能够有效收敛于全局最优解,对解决复合材料结构优化设计问题有一定的指导意义。     

2MW风机叶片梁帽与腹板的强度优化设计

近年来,遗传算法发展成为一种比较普及的优化算法,遗传算法的主要特点是:稳定性好、通用性强、全局收敛性较优。在本篇论文中,比较详细地描述了遗传算法的优化机理,而且在大型风机复合材料叶片的梁帽与腹板的强度优化设计中应用了遗传算法的优化机理。考虑到层压板的结构参数具有离散型特征,所以在复合材料层压板结构优化设计中应用遗传算法时,适宜地提出了整数编码策略,使用整数编码策略来进行复合材料层压结构的遗传算法优化设计。所谓整数编码,即复合材料层压结构的参数用整数来表征。使用整数编码策略的主要优点有:直观、方便、遗传算法的交叉、变异操作比较容易地进行。在此之外,还构造了适应度函数以用于遗传算法,最终达到了叶片梁帽和腹板结构强度优化的目标。本论文展示了基于遗传算法的大型风机复合材料叶片梁帽与腹板的强度优化设计的诸多优势。想要进行强度优化设计,首先要深入理解力学原理,同时也要掌握数值计算方法。在深入了解单层复合材料与叠层复合材料的弹性理论基础,以及在仔细研究改进的遗传算法优化理论基础之上,设定了一定的铺层规则,仅将工程中常用的四种角度作为限定的铺层角度,应用遗传算法对2MW风机复合材料叶片的梁帽和腹板进行了强度优化设计。本文的最后计算结果表明,由于遗传算法在处理离散型问题方面的特有优势,故在2MW风机叶片的梁帽和腹板的强度优化设计中,使用遗传算法进行强度优化设计是可行和可信的。     

变刚度复合材料层合板的纤维铺放路径设计及屈曲分析

与传统纤维直线铺放的复合材料层合板相比,变刚度层合板可以更好地实现材料的可设计性,并通过铺放路径的优化设计提高层合板的屈曲载荷。首先,对铺放角随坐标轴线性变化的铺放路径进行扩展,提出多种铺放角非线性变化的曲线线型,并以此作为基准轨迹重新设计了四种纤维变角度铺放方式。其次,利用ANSYS软件对上述五种不同铺放路径的变刚度层合板进行建模运算,在单轴和双轴载荷下,对其进行屈曲载荷计算分析并与定角度铺放的层合板对比。计算结果表明,铺放路径优化下的变刚度层合板与纤维直线铺放的层合板相比,其屈曲载荷得以显著提高。     

基于SPH方法的鸟撞复合材料层合板数值分析

采用光滑粒子流体动力学法(SPH)耦合有限元法对复合材料层合板受鸟撞击的过程进行了数值模拟。复合材料层合板采用渐进损伤模型,鸟体采用SPH粒子建立模型,利用ANSYS/LS-DYNA显示动力分析模块分析了复合材料层合板结构非线性接触。分析了鸟撞层合板过程中鸟体损伤及层合板单层纤维失效和基体失效情况,分析了鸟体的入射角方向及层合板采用不同铺层时对层合板吸能效果的影响。计算结果表明,合理设计层合板铺层可以提高层合板的吸能效果。     

Effect of Al2O3 addition on the thermal expansion of sodium alkaline-earth silicate glasses: A molecular dynamics study

Coefficient of thermal expansion (CTE) is an important property to consider when utilizing oxide glasses in thermal treatment processes to avoid thermal damage at the interfaces of the glasses with heterogeneous materials. It is thus important to know the effect of additives on CTE for designing glasses. The use of alumina efficiently improves chemical and mechanical durability of oxide glasses while maintaining the functionality and productivity; however, alumina-doping often induces nonlinear variation of CTE. In this work, we therefore tried to investigate the relationship between CTE and the microstructure of sodium alkaline-earth aluminosilicate glasses using classical molecular dynamics (MD) simulations. To accurately model the glasses, we extended a force-matching potential by optimizing the parameter sets for Ca–O, Mg–O, and Na–O pair interactions using Bayesian optimization. The MD simulations reproduced the nonlinear variation of CTE as a function of alumina content, and detailed structural analyses identified inhomogeneous expansion in the glasses. It was found that the nonuniform CTE change at the nanoscale was related to the formation of an alumina-rich region, in which more fivefold-coordinated aluminum exist, when alumina content exceeded Na₂O content. Accordingly, the microstructural change by alumina-doping was identified as the origin of the nonlinear variation in the CTE of the glasses.     

玻璃组成对Li_2O–Al_2O_3–SiO_2微晶玻璃热膨胀系数的影响(英文)

通过传统熔融法制备了具有低膨胀系数的Li2O-Al2O3-SiO2(LAS)微晶玻璃.利用扫描电镜、X射线衍射、差热分折及热膨胀系数测定等分 析手段,研究了玻璃组成中Li2O,Al2O3,SiO2的含量对微晶玻璃热膨胀系数的影响.结果表明:在标准样品的基础上,Li2O的含量对热膨胀系数影 响很大:Li2O的含量提高,由于形成β-锂辉石,微晶玻璃的结晶程度增加与晶粒尺寸增大,导致热膨胀系数增大.与此相比较,Al2O3和SiO2成分 的变化对膨胀系数的影响较小.当玻璃组成(质量分数,下同)为4%～6%Li2O,16%~18%Al203,66%~68%Si02时,Li2O-Al2Oy-SiO2玻璃的膨胀 系数为-1.5～1.5×10-7/℃(0~700℃)     

复合材料层合板非线性系统的随机响应分析

工程结构中,复合材料的几何参数往往具有随机性质,如何研究随机参数非线性系统的随机响应及统计特性,这对结构的可靠性设计和优化设计有着非常重要的意义。本文应用摄动法和随机中心差分法,建立了复合材料非线性系统的振动方程和计算模型,研究了复合材料层合板具有随机参数的非线性系统在确定性荷载下的随机响应,数值算例说明了本算法的正确性。     

强界面陶瓷层状复合材料优化设计的最佳层厚比探讨

针对提高材料整体强度的目标，通过对材料中应力状态与几何结构因素关系的分析，给出了强界面层状材料优化设计的最佳层厚比原则。通过实验研究，探讨了A12O3—14．31％ZrO2／A12O3—39．17％ZrO2(质量分数，下同)层状材料的强度、断裂功和弹性模量等随着材料中残余应力的存在而发生变化的规律。A12O3—14．31％ZrO2／A12O3—39．17％ZrO23层材料的最佳层厚比理论计算值为4．14。实验结果表明，最佳层厚比在2．49～4．36之间。在最佳层厚比处，抗拉强度、弹性模量、断裂功和Vickers硬度均达到最佳值。实验进一步印证了理论分析的正确性。     

Liquid crystalline polymer/fluoropolymer blends: Preparation and properties of unidirectional “prepregs” and composite laminates

Extruded films of liquid crystalline polymer (LCP)/fluoropolymer blends were melt drawn to develop uniaxial orientation of a microfibrillar dispersed LCP phase. The anisotropy of the films increased with increasing draw and LCP content in the blend. Laminated composite plates were prepared using the extruded sheets as prepreg. The mechanical properties and coefficient of thermal expansion (CTE) of the prepreg and laminates agreed well with predictions from composite lamination theories. The potential for replacing glass fiber reinforced fluoropolymers with LCP/fluoropolymer blends in applications such as microwave circuit boards is discussed.     

复合材料声呐导流罩铺层的遗传算法优化设计

以复合材料力学经典层合板理论为基础,利用MATLAB编程联合ANSYS有限元分析,建立了复合材料声呐导流罩铺层结构优化平台。首先对单向载荷下的层合板铺层结构进行优化,并和实验结果相比较,验证了该优化平台的有效性。结果表明,优化后的层合板强度有了较大提高。在此基础之上,根据水下实际载荷工况,对声呐导流罩的铺层进行了优化设计,并利用ANSYS有限元分析对优化后的铺层进行应力应变分析。结果表明,声呐导流罩强度性能显著提高,实现了声呐导流罩铺层的优化设计。     

不同泊松比复合材料层板应力强度因子的计算

具有平面负泊松比的碳纤维／环氧树脂非平衡层复合材料具有很高的断裂韧性和缺口断裂强度。本文用复变函数－变分方法计算了负泊松比材料的应力强度因子,并与常规的平衡复合材料进行了比较。本文重点研究了应力强度因子与断裂韧性的关系。结果表明：负泊松比材料的缺口断裂强度高于常规铺层复合材料的缺口断裂强度。