基于蚁群算法的复合材料层合板的铺层顺序优化

本文将蚁群算法引入到复合材料层合板铺层顺序的优化设计中,对给定各角度铺层数的层合板进行优化设计。本文采用遗传算法(GA)中的整数编码方法,将层合板的铺层顺序优化问题转化为求解旅行商问题(TSP),接着为满足工程实际的需要,对基本蚁群算法作了适当修改,以提高优化效率及性能。算例结果表明,对于确定层合板最佳铺层顺序的这种离散变量优化问题,蚁群算法是一种行之有效的方法,且编程简单、可移植性好,对工程结构优化设计有一定的参考价值。     

纤维层合板梯度化后对弯曲刚度与层间应力的影响

本文介绍了纤维层合板力学梯度设计的新概念,以平纹正交织物复合材料为例,用板壳弯曲的有限元法,探讨了层合板的最佳弯曲刚度.     

纯电动汽车碳纤维复合材料电池箱体的铺层设计研究

为解决碳纤维复合材料电池箱体轻量化设计中的铺层设计问题,现以某款纯电动汽车的电池箱体为研究对象,采用T300/5224复合材料,综合垂直颠簸、急刹车和急转弯工况,利用Opti Struct通过自由尺寸优化、尺寸优化、层叠次序优化来得到最佳的铺层分布方案;采用对称布置形式,其目的是减少弯扭变形与面内力的影响;各铺层固化厚度均为0.125 mm,最终得到的最佳铺层顺序为[±45/0/±45/0/90/0/90/0/±45/0/90/0/90/0/±45/90/±45/90/±45/90/±45/90]s。在满足相关工况的要求下,进行强度校核,使刚度得到提高,同时重量也大大减轻。优化后的质量与同等钢制电池箱体相比减轻了65.89%,充分发挥了复合材料比强度高、比模量大等优点,轻量化效果明显。     

铺层结构对复合材料层合板弯曲强度及失效行为的影响

通过改变偏轴角为45°和90°的[45°/–45°],[0°/90°]正交铺层组的质量分数,设计了6种复合材料层合板铺层结构。研究了两种偏轴角正交铺层组共同存在的铺层结构对真空辅助树脂传递模塑工艺复合材料层合板弯曲强度及失效行为的影响。通过弯曲实验获得6种复合材料层合板的弯曲强度、损伤特征以及应力–应变曲线。结果表明,随偏轴角为90°的[0°/90°]铺层组质量分数的增加,复合材料层合板的弯曲强度逐渐增大;两种偏轴角正交铺层组共同存在的铺层结构可引起复合材料层合板在弯曲载荷作用下的损伤模式多元化。     

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。     

薄板弯曲时树脂基碳纤维智能层的力阻响应

将智能层附于足够大的矩形薄板表面,通过不同的弯曲试验构造出多种表面应变状态,基于三种工况下的试验结果,建立智能层电阻变化与平面二维应变状态之间的映射关系,该关系表明纵向应变对智能层的电阻变化的影响占主导地位。在此基础上对其它工况下智能层的电阻变化率进行了预测,其结果与实验结果具有较好的一致性。     

基于托架模型的Fibersim铺层设计方法研究

Fibersim是一款复合材料铺层设计及工业仿真专业软件,可以通过创建层压板等信息对复材零件进行定义并可以通过软件自带的导入导出接口实现铺层设计与有限元仿真之间的交互。本文利用Fibersim进行托架模型铺层设计,将设计完整的实际铺层等信息导入到仿真软件中进行有限元仿真并与基于理想铺层设计出的托架模型做对比,分析发现在模型受压时所得出的Mises应力结果图保持一致,验证了Fibersim联合仿真进行铺层设计的可靠性。对比分析了改变铺层顺序对受压托架模型的影响,结果表明,改变铺层顺序对应力结果无影响。     

多向铺层拉挤FRP薄壁梁成型工艺及弯曲性能研究

采用适当的铺层设计和在模具口加装自主设计的导向装置,并改进拉挤工艺的进丝方法,然后通过拉挤工艺完全采用±45°纤维缝编毡作为型材腹板的预浸料生产纤维增强复合材料(FRP)薄壁梁,从而使FRP薄壁梁腹板为全±45°铺层结构.随后进行了4种不同铺层结构的FRP梁的对比弯曲试验.结果表明,与全0°铺层的FRP薄壁梁相比,腹板...     

沥青路面加铺层的热稳定性与计算模型

以双向土工格栅合成材料为沥青路面加铺层,采用有限元软件模拟双向土工格栅结构的温度场,计算其热物性参数、温度场和温度应力的变化,以此分析其热稳定性能。结果表明：加铺层的表面存在极大的温度应力,降低加铺层的温度应力,可提升合成材料的弹性模量;加铺层的铺设深度应在0.5 m以上,以此能够发挥加铺层提升沥青路面承载力的作用;降低合成材料的热传导率能够降低加铺层的降温速率,对于裂缝应力集中现象具有缓解作用;铺设加铺层后的沥青路面的承载力和使用寿命明显延长。     

基于Optistruct的碳纤维复合材料包装箱结构优化设计

本文基于Optistruct结构优化技术,采用碳纤维复合材料进行了某特种包装箱的结构设计。结合包装箱结构设计的技术指标要求,提出了多阶段的优化设计方法。多阶段优化设计包括形貌优化、尺寸优化和铺层优化。在箱体的概念设计阶段,通过形貌优化获得了满足箱体刚度的加筋结构;针对基于铺层的碳纤维复合材料的可设计性能,在箱体的细节设计阶段,通过尺寸优化和铺层优化分别获得了复合材料各个铺层角度的最佳铺层厚度尺寸和复合材料箱体的最佳铺层方式。最终,通过有限元数值分析验算,结构设计的结果满足设计要求。     

层合板热膨胀系数优化设计的遗传算法实现

本文针对在复合材料设计领域中热膨胀系数的设计问题，用遗传算法对给定层数和铺层角度的层合板进行了铺层顺序的优化研究。使其满足特定的要求，通过计算看出，遗传算法可以快速得到结果，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。     

基于有限元的四旋翼无人机碳纤维结构优化设计与固有模态分析

根据消费级四旋翼无人机性能要求,设计了一款质量轻、强度高、航时长、构型简洁的全碳纤维结构消费级四旋翼无人机。建立了四旋翼无人机结构有限元模型,对额定载荷下无人机的结构应力进行了分析。基于最大应力强度准则,对无人机结构强度进行了校核。分析了结构的稳定性,计算了初始结构失稳临界载荷和失稳模态。基于最小重量要求对无人机初始结构的碳纤维铺层进行了优化设计。对优化后的结构进行了固有振动分析,给出了结构的前四阶固有频率和振动模态。优化后的结构在2 g过载下,极限载荷是最大使用载荷的2.57倍,失稳临界载荷是最大载荷的2.09倍,满足设计目标和要求。优化后的结构重量减少了21%,降低为108.6 g,有效载荷约为机体结构重量的3倍。     

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。     

碳纳米管的制备及其热稳定性和表面性质的研究

以石墨电极为原料用电弧法制备碳纳米管,考察了制备工艺条件对碳纳米管的影响。用SEM、HR-TEM、FT-IR和UV-Raman技术研究了碳纳米管材料的形态、结构和性质,采用热重技术考察了碳纳米管材料在惰性气氛中的稳定性,讨论了碳纳米管在电弧等离子体中的形成机理。     

复合材料开孔层合板的纤维铺放路径优化设计

本文以开孔平板的单向拉伸和销栓挤压为应用背景,提出了一种面向应用的复合材料构件CAE/CAM一体化纤维铺放路径优化设计方法。利用ANSYS有限元分析工具,根据复合材料构件的受力分析,按构件的主应力形式选用纤维类型、按主应力方向优化设计构件的纤维铺放路径,并按主应力大小设计纤维铺放密度,以充分发挥纤维复合材料性能,提高构件的强度和刚度。详细讨论了应用该方法所涉及的建模、网格划分、理论铺放路径生成和实际铺放路径修正等相关技术。     

玻璃钢加筋管环刚度的有限元优化设计

玻璃钢加筋管是一种性能比较优良的管道结构,但其结构较一般光面管复杂,目前还没有很好的设计方法。通过分析环刚度的概念确定了玻璃钢加筋管环刚度的有限元计算方法,然后以优化设计理论和方法为基础,对有限元中的优化设计方法进行分析,研究应用有限元分析软件ANSYS对玻璃钢加筋管环刚度进行计算及优化设计的方法。首先由内压确定最小管壁厚度,然后在满足管道环刚度设计要求的条件下,通过对加筋间距、加筋环截面的高度两个变量进行优化设计,使玻璃钢加筋管结构重量最轻,以达到在满足安全性要求的前提下成本最少的目的,对玻璃钢加筋管的设计及其应用具有一定指导意义。     

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。     

陶瓷工业热工设备设计优化之探讨

首先讨论了设计及其优化的一般概念,以及热工设备与系统优化任务的异同点。随后,结合陶瓷工业热工设备设计的实际问题,详尽地介绍了设备优化设计的方法和步骤,包括:如何选定设计变量和目标函数,给出特性方程和报价方程,建立最优化数学模型,求解设计变量和目标函数极大化(或极小化)等。采用和推广优化设计方法,将可以改进和提升传统的设计方法,获得更大的经济效益与社会效益,从而更好地适应我国的经济转型和现代陶瓷工业的飞速发展形势。