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。     

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.     

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。     

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。     

不同铺层复合材料螺栓连接的研究

实验研究了在E/D=4(边距/孔径),W/D=5(宽度/孔径)的3种铺层[90/+45/-45/0]s,[90/0/+45/-45]s,[+45/-45/90/0]s的玻璃纤维/环氧复合材料试样在不同的扭矩和垫片尺寸(外径(Dw)/内径(D))下的静态破坏强度。实验结果表明,试样破坏强度随夹持力增大而增大,但增加趋势不断减弱,在5Nm扭矩下三种铺层的强度分别比其销钉连接增大175%,196%,141%;在销钉连接下,[90/+45/-45/0]s铺层强度比[90/0/+45/-45]s铺层高12.7%,[+45/-45/90/0]s铺层强度比[90/+45/-45/0]s铺层高10.8%;在手动拧紧下[90/+45/-45/0]s铺层强度比[90/0/+45/-45]s铺层高3.5%,而[+45/-45/90/0]s铺层强度比[90/+45/-45/0]s铺层高0.37%;垫圈的外内径比在2～3范围内,试样强度伴随外内径比的增大而增大,在3～4时,强度变化很小。     

复合材料层合板的强度

本文给出了复合材料层合板中各单层板及子层板内力的计算公式，定义了引起脱层的内力及其局部平均层间应力，根据脱层判据可得到由脱层控制的层合板强度，加上最后层破坏理论，得到一个较为完整的层合强度计算方法。     

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。     

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。     

基于随机机会约束规划的复合材料层合板固有频率的铺层角优化设计

对具有随机弹性常数的复合材料层合板的固有频率优化问题进行研究。从单层板的刚度矩阵出发,给出层合板的刚度特性及一阶固有频率最大化的确定性模型,再根据Liu提出的随机机会约束理论,建立了一阶固有频率最大化的Maximax及Minimax的机会约束规划模型,根据试验及随机理论假设弹性常数服从经验分布,给出了弹性常数的经验分布随机数产生及处理随机机会约束的算法,再给出了基于随机模拟的遗传算法求解方法。最后给出了一个具体的复合材料层合矩形板在四边简支边界条件下基频优化的实例,验证了基于随机模拟的遗传算法求解的有效性。     

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。     

铺层顺序对基体裂纹起始及扩展的影响

基体裂纹是复合材料层板最常见的一种层内损伤形式.本文以自制的烯丙基双酚A改性双马树脂(BMI-DPA)为基体材料,采用无切口矩形试件,研究静载下铺层顺序对基体裂纹的起始及裂纹扩展的影响.研究发现不同铺层顺序不仅影响基体裂纹的起始载荷、扩展速率、断裂韧性,也将对基体裂纹的饱和裂纹密度产生极大的影响.     

复合材料无人机机翼布局的二级优化方法

为减轻复合材料无人机机翼的结构质量,利用MSC.PATRAN和MSC.NASTRAN建立大展弦比机翼结构布局优化设计的二级优化方法:第一级以机翼的刚度为目标,采用响应面法对翼梁位置进行优化;第二级以机翼结构质量为目标函数,采用遗传算法对机翼各元件的铺层参数进行优化。通过对某型大展弦比无人机机翼进行结构布局优化设计,结果表明提出的大展弦比无人机机翼二级优化方法能够在满足强度、刚度性能设计要求的前提下,减轻约25%的结构质量,减重效果明显。     

二级载荷下复合材料层合板疲劳寿命预测

以玻璃／环氧复合材料层合板二级栽荷下的疲劳寿命试验数据为基础,结合非线性损伤累积理论,拟合出第二级载荷下的剩余寿命计算公式,并推广到三级以上多级栽荷的寿命计算。采用本文给出的寿命预测公式计算出第二级载荷下的剩余寿命,并与试验结果进行对比,证明了计算公式的有效性。进而利用剩余寿命计算公式分析了加载次序对疲劳寿命的影响。     

基于神经网络的遗传算法优化及其应用

遗传算法是 1种模拟自然进化而提出的简单、高效的组合优化算法。研究了磷酸羟胺制备过程中羟胺反应效率的优化问题 ,该过程由于其反应动力学的固有复杂性而无法建模。表明结合神经网络理论 ,遗传算法可以有效地解决这一过程的寻优问题     

基于遗传算法的注塑模注射速率优化

注射成型充填过程中，熔体前沿速度（MFV）会影响制品的最终质量和尺寸精度，如何控制MFV，即控制不同位置的螺杆速度或者说注射速率至关重要。将遗传算法和数值模拟技术相结合用于注射速率的优化，确定螺杆速度－行程曲线或熔体前沿面积（MFA）－充填百分比曲线中的最佳控制点，以及控制点处的螺杆速度或注射速率的最优值。算例表明，利用遗传算法得到的优化的注射速率设置，可以使MFV的均匀性提高40％左右。