基于modeFrontier和ABAQUS的复合材料层合板开口补强优化设计

航空航天结构中的复合材料层合板开口补强问题一直受到关注。以含中心矩形开口复合材料层合板为研究对象,在拉伸、压缩、剪切载荷下采用不同补强材料及不同补强形式,使用mode Frontier软件与ABAQUS软件集成优化的方式,对补强结构参数进行了优化设计。对不同补强形式、不同补强材料下最优化结构质量进行对比分析。研究表明,三种补强方式中插层补强最优化结构形式最优,补强后结构质量最轻。     

压电层合板智能结构分析

本文详细推导了具有压电材料的层合板智能结构的有限元方程的一般形式，最后用算例验证该模型的有效性。     

基于改进差分进化算法的层合板优化设计

针对复合材料具有可设计性以及经典差分进化算法自身的缺陷,提出一种改进的差分进化算法对复合材料层合板进行以铺层角为设计变量、蔡-吴(Tsai-Wu)强度准则为约束条件、层合板强度最大为目标函数的优化设计。考虑差分进化算法在寻优过程中个体间差异越来越小,采用随机选择突变策略和增加扰动机制的方法,增大个体间差异,避免算法陷入局部最优解。通过数值算例和工程算例验证了改进的差分进化算法具有较好的全局收敛性。     

基于非线性接触的修理后层合板鸟撞损伤特性研究

基于有限元方法,利用商用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran,研究修理后层合板鸟撞问题。冲击后的复合材料层合板模型采用阶梯式挖补修理的方式进行修理,通过改变挖补修理的方式,如改变铺层顺序及阶梯数,研究修理后的模型受到冲击的损伤区域及损伤应力规律。     

复合材料层合板阻尼特性有限元数值模拟

应用耗散能原理建立了复合材料层合板的阻尼预测分析模型,对复合材料层合板进行三维有限元模态分析,求出各个模态下的应力、应变分量。根据模态分析结果,从单向复合材料的阻尼性能参数出发,利用层合板应变能、耗散能和结构模态阻尼的关系求出各个模态对应的模态阻尼损耗因子。利用该方法,分别计算了单向层合板和对称层合板的结构模态阻尼损耗因子。数值计算结果与已有的理论分析和试验结果相比吻合较好,从而验证了该方法的合理性,该方法还可以比较三维应力分量对阻尼的贡献。     

考虑界面接触效应的复合材料层合板分层屈曲的三维有限元分析

运用Abaqus有限元软件模拟含脱层的复合材料层合板的屈曲过程。运用实体单元构建复合材料层合板模型,采用线弹性本构关系,考虑脱层间的接触效应,在脱层界面处施加硬接触的法向行为,防止脱层界面上下两部分的相互贯穿,保证变形的协调性。通过数值算例,综合讨论了不同深度、不同宽度、不同长宽比以及有无接触效应时对屈曲极限荷载的影响。同时对无损伤层合板在相同参数的情况下的屈曲进行了模拟,获得了临界荷载值,将有限元结果与理论解比较后数值吻合,结果表明,所建立的模型能够准确的模拟脱层板屈曲过程。     

复合材料层合板连接件应力分析

复合材料广泛应用于飞机结构中,各部件间的连接主要通过机械紧固件实现。紧固件连接时需要在复合材料上开孔,会导致孔附近的应力集中,同时会破坏纤维的连续性,这便削弱了复合材料结构的承载能力,直接影响飞行安全与使用寿命。基于有限元软件ANSYS,应用参数化设计语言APDL,考虑接触非线性影响,建立了单钉单剪连接件的三维模型,计算连接件的变形及应力分布,为后续复合材料连接件强度分析提供支撑。     

基于高阶改进方法的层合板固有频率分析

针对一般的计算层合板振动特性的方法过于繁复的问题,采用了一种高阶改进方法来计算复合材料层合板的固有频率。建立了高阶改进方法的层合板动能和势能表达式,利用哈密顿原理构建了层合板的自由振动方程并计算了层合板的固有频率。在此基础上,通过该方法计算了铺设角度、跨厚比和弹性模量比对层合板固有频率的影响。结果表明：该算法可以有效地计算出反对称铺设层合板和正交铺设层合板的固有频率,同时也可以计算任意形式铺设的层合板的固有频率。     

单向拼接复合材料层合板的抗拉强度研究

碳纤维增强树脂基复合材料层合板具有较高的抗拉强度,复合材料结构设计中会遇到含铺层拼接的层合板的问题,需要考虑拼接对层合板力学性能的影响。因此建立交错拼接单向层合板的力学模型,对其层间应力和承载能力进行分析,得到单向层合板拼接位置的层间应力分布和抗拉强度的解析解,并提出有效拼接长度的概念,可用于交错拼接层合板的设计。并建立不同拼接长度的交错拼接单向层合板模型,计算得到层间应力分布,并采用渐进损伤方法预测抗拉强度,解析解和有限元方法的强度预测结果均与试验结果具有较好的一致性。含交错拼接单向层合板拼接位置的层间切应力和抗拉强度决定于材料刚度、单层厚度、界面厚度和拼接长度。     

复合材料层合板疲劳寿命的可靠性分析

基于唯象的剩余强度衰减模型与蔡－希尔静强度判据,建立单向层合板在任意复杂面内应力作用下的疲劳失效准则。利用蒙特卡洛模拟方法计算层合板的疲劳寿命,并对其进行可靠性评估。根据Ｔ３００／ＱＹ８９１１的三种典型层合板［０］１６、［９０］２４和［±４５］３Ｓ的拉—拉疲劳试验结果,利用蒙特卡洛模拟方法计算层合板的疲劳寿命,结果表明寿命服从Ｗｅｉｂｕｌ分布。     

基于Ansys Workbench的工装结构设计与优化

本文以某试验工装结构设计与优化为研究对象,应用有限元分析软件AnsysWorkBench对其结构进行优化设计,对试验工装的强度、刚度进行分析,并结合工装实际使用情况进行了有效的验证。基于试验工装整体的集成有限元分析方法能够极大的降低工装设计误差,从而提升了工装设计水平,节约生产成本。     

基于设计空间缩减的多学科协同优化新方法

提出一种多学科协同优化设计新方法—设计空间缩减协同优化(Design space decrease collaborative optimization,DSDCO)。根据子系统级优化结果,确定分解设计空间的平面方程,将设计空间合理分解为多个子空间,去除其中不可行设计子空间,将缩减后的设计空间传递到系统级优化。根据系统级优化在各个子空间的优化信息,择优选取系统级优化结果和下一次优化计算的设计空间,循环进行优化迭代计算,直至系统级优化值符合收敛条件。该方法通过缩减优化求解空间,不断更新系统级优化模型,将传统协同优化(Collaborative optimization,CO)中系统级非线性等式约束变换为只含有变量边界的线性不等式约束,解决了传统CO系统级求解困难的问题。DSDCO在变量有界的多学科设计优化(Multidisciplinary design optimization,MDO)问题中,对原始问题约束函数的凸性无要求,对优化迭代起始点的位置无要求。分别利用数值算例、减速器设计和弹簧设计三个典型算例,验证了DSDCO方法的正确性。     

机器人系统多学科协同优化设计

将多学科设计优化思想应用于机器人系统的设计问题.首先介绍了协同优化算法的主要思想与框架,然后以二自由度机器人的设计为例,着重研究用协同优化算法完成机器人的运动学、静力学、动力学与控制学的多学科设计优化.优化结果证明了协同优化算法解决复杂机器人系统多学科设计优化问题的有效性,为解决更为复杂的机械系统的设计优化问题奠定了基础.     

基于遗传算法的复合材料天线罩优化设计

研究复合材料天线罩结构优化,提出一种遗传算法与高精度通用有限元分析软件相结合优化方法。为了加快收敛进程,对遗传算法本身做出一定改进。通过对某型天线罩结构的优化计算,表明文中所提优化方法是可行有效的。     

基于形状的复合材料层合板振动主动控制研究

根据Hamilton原理,建立了覆盖压电传感器／激振器的复合材料层合板的运动方程．并借助于压电方程、层合板理论得到了压电传感器、激振器的输出与输入方程。根据压电片随机布置产生的控制效果来确定最优整体压电片的形状。最后给出了计算实例,结果表明把压电片布置在靠近固定端和沿轴向布片为最优位置,可以达到比整体布片更优的控制效果。     

基于动特性分析的精密仪表转子-框架结构优化设计

为提高精密仪表的动态稳定性，提出一种基于结构特性分析的综合优化设计方法。该法将有限元计算和模态试验相结合，利用有限元法分析最初的设计结构动态特性，然后对该结构进行试验模态分析，从而检验有限元分析方法的可信度，利用经过验证的简化模型和计算分析，分析结构参数改变时对系统动特性的影响，进而实现结构的优化设计，从转子-框架结构的优化过程可以看出，该方法在保证可靠性的同时大大降低了成本，并且提高了效率，可广泛应用于工程设计中。     

基于等效电路法复合变幅杆的优化设计

采用等效电路法设计了一种新型的指数悬链线形复合变幅杆,运用等效电路理论得出了复合变幅杆的频率方程和放大系数的数学表达式,借助 MATLAB 软件解算出了新型复合变幅杆的谐振长度和放大系数,并对变幅杆的设计进行优化和有限元分析.结果表明,优化前后变幅杆的放大系数提高了１３.５％ ,为设计性能更优的变幅杆提供了思路.     

基于粒子群优化和协同优化的多学科设计优化研究

协同优化是进行多学科设计优化的有效方法之一。本文将粒子群优化算法应用于协同优化,通过对系统级优化等式约束条件进行转换,克服了协同优化自身内部的计算缺陷,有效解决了当原始系统优化问题不满足Kuhn-Tucker条件时导致的计算困难,最后以数值计算和减速器设计为例进行了验证。结果表明本文提出的方法是有效的,同时也为将新型算法应用于多学科设计优化问题提供了参考。