甲虫前翅中的三维复合材料结构

为了设计开发轻量型仿生复合材料,考察了甲虫独角仙成虫前翅的结构,得到了甲虫前翅及其小柱结构的简易模型。观察结果表明: 独角仙前翅为具有以小柱为中空层的夹芯层状三合板结构,这种结构为一种轻量型的复合材料板材;小柱中的纤维通过大于90°弯曲与上层及下层中的纤维连续相连接,这种结构对层状纤维强化的复合材料可以极其有效地提高层间的抗剥离性能。     

甲虫前翅结构及其仿生研究进展

综述了近年来国内外有关甲虫前翅结构与仿生应用的研究成果及其发展前景。指出前翅是以小柱为中空层的框架式结构, 其左右前翅结合部分是一种巧妙的凹凸啮合结构; 前翅内存在着网状-小柱结构, 这是一种轻量型夹芯层状三合板结构; 小柱中的纤维与上下层中的纤维是连续的, 可有效增加叠层复合材料的抗剥离强度;一些甲虫前翅的表面具有特殊的生物结构, 从而具有一些特殊的功能, 如具有减阻、集水或显色功能。结合生命科学的最新研究成果, 提出了通过基因组技术生产仿生材料的设想。      

“蜂窝-柱子”芯夹层轻量型仿生物复合材料结构

为了设计开发轻量型仿生复合材料, 通过对独角仙前翅内部微细结构及其成因的分析探讨, 提出了一种蜂窝-柱子芯轻量型复合材料的三维结构模型, 并列举了若干可能的设计思路, 同时简述了这种仿生结构的优点及其应用前景。分析结果表明: 独角仙整个前翅内部存在完整的网状-小柱结构, 这种网状结构由气囊构成,呈现出生物界的不规则性、多样化, 但可认为大多为类似于蜂窝状的多边形结构。     

仿甲虫鞘翅轻质结构及其参数优化设计

为研发新型轻质结构,在对甲虫鞘翅断面微结构进行观测的基础上,分析了甲虫鞘翅的微观结构特征,并据此设计和制备了基于碳纤维/环氧树脂复合材料的仿生轻质结构。对仿生轻质结构进行准静态压缩试验,同时利用有限元法对仿生轻质结构进行压缩性能分析,并将分析结果与试验结果进行对比,证明了有限元分析的正确性和可靠性。在此基础上进一步利用响应面法对仿生轻质结构进行参数优化设计。结果显示:压缩载荷下仿生轻质结构的最大承载力为18 455.00N,较优化前结构的提高了26.4%,压缩比强度为47.43 MPa/(g·cm-3),优化效果显著。     

模式识别和神经网络在复合材料优化设计中的研究和应用

综述了模式识别和神经网络两种智能理论用于复合材料设计及优化方法,举例说明两种智能方法在复合材料优化设计中性能预测、仿真建模、工艺优化等多领域的应用价值和研究进展,分析讨论了两智能理论应用于材料设计研究时的主要问题及其解决方案,并对其发展方向提出了若干建议.     

高转速复合材料圆柱壳结构可靠性优化设计

为解决高转速下复合材料圆柱壳的结构可靠性问题, 推导了高速旋转状态下复合材料圆柱壳的应变方程, 并以此为基础导出了圆柱壳各层轴向、 环向和剪切应力以及相应的主轴应力, 给出了各层应力随角度层的角度和厚度的变化规律。然后以各层强度可靠度大于0.99为目标函数, 对复合材料圆柱壳的结构参数进行了优化设计。      

复合材料蒙皮加筋壁板结构成本-质量优化设计

介绍了复合材料整体化结构的制造成本估算方法。将成本作为主要的优化设计参,针对蒙皮加筋壁板结构采用共固化成型技术,考虑结构约束及与成型工艺相关的制造约束,提出了在压力和剪切力作用下复合材料蒙皮加筋壁板结构基于成本2质量平衡的优化设计方法。以蒙皮 T形加筋为例,分别选取最小质量和最小成本为优化目标参量验证工时估算模型的有效性。讨论了7种常见形状加筋整体化壁板结构的制造成本和质量,估算值与实验值吻合较好。研究结果表明,蒙皮T形筋制造工时最短而质量仅高于最小质量J形结构的0.5%,是基于成本2质量平衡优化的最佳选择结构。研究结果为复合材料整体化蒙皮加筋结构设计提供指导。     

黏弹性复合材料结构的多目标优化设计

黏弹性复合材料具有良好的阻尼性能,但黏弹性层的存在对黏弹性复合材料结构的强度性能会有所影响,黏弹性复合材料结构只有同时兼备良好的阻尼和强度才能满足工程要求。该文在经典层合板及小挠度弯曲理论基础上,运用Ritz法建立黏弹性复合材料结构应变能损耗因子和横向均布荷载作用下初始破坏强度计算模型。提出新的遗传算法适应度函数构造办法,克服了多目标优化问题中优化结果的偏移现象,对黏弹性复合材料结构进行单目标和双目标优化设计。优化结果表明：改进的遗传算法适用于黏弹性复合材料结构阻尼和强度性能的优化设计,而且多目标优化设计可以权衡复合结构的阻尼性能和强度性能,有利于发挥黏弹性复合材料结构良好的整体性能。     

复合材料蒙皮-加筋大开口结构优化设计

采用有限元法对复合材料蒙皮-加筋大开口结构进行了优化设计,研究孔边补强和加筋补强对大开口结构屈曲特 性的影响.结果表明:孔边翻边补强可使应力集中远离孔的自由边,增加翻边深度和宽度皆能提高屈曲载荷;采用共固化加筋要比整体加筋效果明显,同等条件下,优先考虑低而密的筋条布置,同时增加横向筋的数量.     

基于Ansys的注塑机前模板结构参数优化设计

目的寻求注塑机前模板加强筋最佳设计参数。方法在Pro/E和Ansys Workbench软件的协同环境下,运用Pro/E参数-关系模块,以注塑机前模板加强筋结构尺寸为设计参数,建立前模板等质量模型,并运用Workbench有限元静力学分析模块和参数设计模块,迅速计算出前模板力学参数在加强筋结构尺寸取一系列给定值时的对应值,从而得到加强筋结构变化对目标变量的影响关系。最后从what-if分析中,确定在设计变量取值范围内前模板最佳设计参数。结论通过模拟试验得出,优化后的模板与原始设计相比,最大应力减小了10.9%,最大变形也相应减小,这为前模板的优化设计提供了模板加强筋的设计要点。     

高层钢结构地震反应控制的MTLD系统优化设计

本文对高层钢结构ＭＴＬＤ地震反应控制优化设计方法进行了初步的探讨。建立了结 构－ＭＴＬＤ系统的动力方程。根据导出的结构－ＭＴＬＤ系统动力放大系数计算公式,通过数值分 析,研究了ＭＴＬＤ系统各设计参数之间的关系,给出了ＭＴＬＤ系统最优设计参数。给出了 ＭＴＬＤ系统优化设计步骤和结构－ＭＴＬＤ抗震设计具体方法。最后给出了３０层钢结构ＭＴＬＤ 地震反应控制仿真分析。     

OPTIMUM DESIGN OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURES UNDER VARIABLE LOADINGS

This paper presents a method for optimal design of reinforced concrete (RC) structures, subjected to quasi-static variable loads and accounting for cross-sections limited ductility requirements. It consists of a very simple refinement procedure to be applied in the classical Optimal Shakedown Design, (OSD), which leads to a strengthened structure satisfying the requisite that the actual plastic relative rotations, developed at a specified set of critical sections as a result of a variable repeated loading program, do not exceed given upper limits. This strengthened design is a safe but not strictly optimal design and is obtained using the simple rule that the steel reinforcement area at every critical section of the classical OSD must be increased by an amount which is inversely proportional to the correspondent relative rotation upper limit. A few examples illustrate the easiness of such a refinement procedure.     

FUZZY OPTIMUM DESIGN OF STRUCTURES

It is pointed out that there exists a vast amount of fuzzy information in both objective and constraint functions of optimum design of structures (ODS) Thus, relatively reasonable optimum designs can only be obtained by fuzzy programming methods. While all fuzzy constraints enclose a fuzzy feasible region in decision-making space, the fuzzy optimum solution will be a sequence of points in a small fuzzy optimum subregion. In the presented procedure, optimum structural design with fuzzy constraints is transformed into a set of ordinary optimum problems by a level cuts approach which results in a sequence of optimum design schemes with different design levels. The concept of optimum design level corresponding to the most suitable scheme among the obtained sequence is also advanced in this paper.     

A HIGHER ORDER EXPANSION METHOD FOR OPTIMUM DESIGN OF STRUCTURES FOR SPECIFIED FUNDAMENTAL EIGENVALUE

A higher order expansion method is presented for optimum design of structures for specified fundamental eigenvalue. The design function, fundamental eigenmode and total volume are expressed in terms of the Taylor series expansion with respect to the specified fundamental eigenvalue. A solution with null design function, where all the eigenvalues degenerate to null, is chosen as a trivial initial solution, and higher order terms are incorporated. By using the proposed method, a set of optimum designs for a wide range of fundamental eigenvalues is easily found. The proposed method is applied to an Euler-Bernoulli beam and expanded forms are presented analytically for a simply supported beam. The method is then extended to a plane truss, and the results are compared with those by an optimality criteria method.     

OPTIMUM COST DESIGN OF PRECAST CONCRETE FRAMED STRUCTURES

The overall cost of most precast concrete structures comprises fabrication, handling, cladding, foundation and erection costs. A cost model is constructed around these factors and a suite of programs is developed to analyse, design, cost and optimize a family of precast concrete structures. These procedures are further illustrated with cost response surfaces which can be generated given the upper and lower bounds of any two primary variables. Conclusions are drawn on the significance of the resultant optimum structures to the precast concrete industry.     

高层钢结构MTMD地震反应控制优化设计

本文通过数值分析 ,得出了MTMD系统最优设计参数。提出了MTMD系统优化设计步骤和结构 -MTMD系统抗震设计方法。设计算例说明了本文方法的应用及MTMD对结构地震反应控制的有效性     

具有明满交替流大型水电站的动态数值模拟及优化设计研究

在电站的尾水隧洞中常有可能出现明满交替流动,由于这种流动的存在,过渡过程中可能产生较大的压力脉动,具有明满交替流动的电站尾水系统对电站运行的稳定性和过渡过程都带来复杂的影响,因此在建立合理可行的明满交替流动数值模型是完全必要的。通过分析采用了特征隐式差分格式法计算模型,并用该模型及具有明满交替流动的大型水电站综合计算模型研究了三峡、溪洛渡等四座大型水电站的水力过渡过程,对采用明满流动尾水隧洞和其他形式尾水隧洞中的压力进行了分析计算,提出了对明满流动尾水洞进行优化设计的建议。     

CURRENT EXPERIENCE OF THE USE OF THE STIFFENED PANEL DESIGN SOFTWARE VICONOPT IN OPTIMUM DESIGN OF AIRCRAFT

VICONOPT is an optimum design program for prismatic plate assemblies based on exact methods of eigenvalue analysis. It has proved to be reliable and efficient in the optimum design of stiffened aerospace panels. Parametric design studies have been made for panels with longitudinal voids, skewed panels and variants of benchmark aircraft wing panels, including estimation of the effects of allowance for transverse shear deformation. Current developments include efficient methods for the design of multi-cell wing boxes, the use of random design moves to escape from a local optimum, a generic minimum cost design procedure and an exploration of parallel methods for optimum design.