FWRP压力容器的可靠性设计研究

纤维缠绕聚合物基复合材料(FWRP)压力容器在航空航天及民用领域的应用是当前研究热点。减轻结构重量对于性能和成本都具有非常重要意义。为实现FWRP压力容器结构设计和安全评定的高目标,引入可靠性理论,应用统计学原理,基于应力-强度干涉模型,以同一失效概率为标准进行FWRP压力容器结构设计,以取代现应用的传统安全系数法设计。采用无碱无捻玻璃纤维-环氧树脂材料体系,应用同一缠绕工艺制备8个压力容器。试验得到纤维强度、缠绕角、几何尺寸、爆破压力等随机变量特征值。其结构可靠性设计值(纤维缠绕壁厚)与试验结果基本吻合,并显著小于常规设计值。将各设计变量随机分布特征值与压力容器结构设计相结合,实现安全与经济的有效统一,为可靠性设计在FWRP压力容器上的应用与发展提供了依据。     

人工神经网络结合遗传算法对CFWRP固化制度的优化

聚合物基复合材料的固化制度是影响其性能经济指标的重要因素。它们之间的关系既无先验公式表征,又为非线性,一般是采用“试凑法”探索试验,但耗时长也未必达到优化目的。神经网络法具有超强非线性映射能力,可自动总结出数据之间的函数关系,遗传算法可多点群体搜索,并可不陷入局部最优点。本文以碳纤维缠绕聚合物基复合材料(CFWRP)制成NOL环试件,在试验基础上采用人工神经网络结合遗传算法对固化制度进行优化,得到较好的结果。     

纤维缠绕成型工艺中张力控制系统的研究

纤维缠绕中张力的控制是关系到产品质量的关键技术。本文主要通过对张力产生的分析，论述了分别采用磁粉离合器和力矩电机作为控制元件，对张力进行有效的两种控制方案。     

新型张力控制浸胶系统的研制

纤维缠绕中常出现浸胶不均匀、含胶量不可控、张力变化波动大等问题,同行都在研制各种张力器和刮挤胶装置试图来解决。但目前,效果还没有明显的改观。对此,本文结合纤维张力控制技术、纤维预浸技术,研制出一种新型缠绕用浸胶系统。实测结果表明：缠绕张力能够稳定在设定值有效范围内,最大误差3．0％;张力可根据需要进行调节,单根纤维张力控制范围为9．5～40N;含胶量（树脂质量分数）控制范围为19％-26％。该浸胶系统能更好地满足缠绕工艺。     

电子纤维张力控制系统研制

本文从缠绕过程出发,介绍了电子张力器的结构和原理,重点分析了张力缓冲装置的原理和作用,研制了以伺服驱动为执行元件,以调节器为核心的电子张力器。     

新型纤维缠绕张力控制系统研究

本文针对多轴纤维缠绕机数控系统,提出了一种集成于运动控制器平台上的纤维缠绕张力控制系统的方案。利用运动控制器的剩余通道,采用张力反馈式控制方式和控制器的计算功能完成了对张力的精密闭环控制。研制了以编码器为反馈元件的新型张力测量装置,实现了基于同一个可编程运动控制器的缠绕机运动控制与张力控制的集成。     

复合材料带缠绕张力参数对碳/酚醛材料层间剪切强度影响研究

目前缠绕工艺参数对制品层间剪切强度的影响研究多集中于3k碳布或高硅氧布为增强体的复合材料,而一体化复合材料喷管制品烧蚀层常采用1k碳布/酚醛材料进行制备。因3k碳布和1k碳布稀疏特性存在本质区别,将影响酚醛树脂固化过程中产生小分子挥发物的排出效率,从而导致制品性能存在差异。为揭示带缠绕张力对1k碳布/酚醛制品层间性能的影响,采用湿法预浸工艺制备1k碳布/酚醛预浸带,基于控制变量法设计缠绕参数,通过数控布带缠绕机缠绕试样环,设计层间剪切测试工装,实现对试样整环的层间剪切强度测试。结果表明,选用张力系数为20N/cm制备的试样环性能最低,平均值为16.996Mpa;张力系数在30N/cm至70N/cm范围内,制品层间剪切强度波动较为平缓,无明显变化趋势。     

缠绕张力对薄壁金属内衬复合材料气瓶性能影响

通过薄壁金属内衬的外压强度试验、不同缠绕张力NOL环以及复合材料气瓶的力学性能试验,采用声发射的检测方法研究缠绕张力对薄壁金属内衬复合材料气瓶的疲劳以及爆破性能的影响。结果表明,薄壁金属内衬的外压强度较小,缠绕张力对复合气瓶的疲劳以及爆破性能影响较大,采用声发射信号以及气瓶的性能试验研究可以指导制定最优化的缠绕张力制度。     

纤维缠绕压力容器最佳预应力与缠绕张力关系研究

为提高纤维缠绕压力容器的结构效率,对压力容器纤维缠绕预应力及其内衬形式之间的关系进行了研究,应用压力容器设计的弹性及半弹性分析方法,推导出纤维缠绕张力及其界面最佳预应力之间关系的表达式。     

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。     

基于计算机实验设计方法的复合材料开孔封头优化设计

对某1m碳纤维壳体开孔前封头建立了三维参数化模型。以计算机实验设计方法为基础,构建代理模型及目标驱动优化设计,选取8个封头外表面的坐标值作为设计变量。同时,以开孔前封头质量及孔边顺纤维方向最大Mises等效应变为目标函数,对封头外型面进行了优化设计。计算结果表明,优化后的前封头结构形式协调,开孔周边区域应变分布合理,同原结构相比减重1.85%。     

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。     

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M-Agent的遗传算法及其在二甲苯异构化装置优化中的应用

针对常规遗传算法（SGA）的不足,采用新颖的智能体（Agent）技术构建多Agent系统实现遗传算法,能从进化环境中获取表征当前进化状态的有用信息,智能地监控调度GA的进化操作,在避免早熟的同时加快全局寻优,提升GA的优化性能,对于复杂问题其优势更为显著.开发了基于多Agent的遗传算法（M-Agent-GA）,并应用于二甲苯异构化装置的操作优化,取得了良好的效果.     

热偶精馏过程模拟优化方法的改进——人工神经网络-遗传算法

采用人工神经网络和遗传算法对热偶精馏分离过程提出了一种新的建模方法和优化算法,该方法不仅能够有效地求解热偶精馏过程的数学模型,迅速地得到优化变量和目标函数的解,而且具有获得全局最优解的能力.最后通过实例说明了本方法的有效性.