基于复合材料层板稳定性的铺层参数优化设计方法

提出一种基于复合材料层板稳定性的铺层参数优化设计方法,首先利用最大应变能准则优化分层厚度,利用库塔条件推导出层合板单元厚度迭代公式优化单元厚度,两步交替进行,完成层板厚度与铺层比例优化;在此基础上采用遗传算法优化层合板铺层顺序,最终设计出满足稳定性要求的最佳层合板铺层.通过算例分析表明,文中方法与传统方法相比收敛速度明显提高.同时,最佳的厚度分布也为层合板加筋设计提供理论参考.     

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。     

基于整数编码并行遗传算法的复合材料螺旋桨结构优化设计

提出一种针对大型复合材料结构铺层厚度和铺层顺序同时进行优化的整数编码并行遗传算法,并将该优化方法应用于复合材料螺旋桨结构优化问题.首先,在区域划分的基础上,对每一单层设定一个长度控制因子来决定单层的铺设区域,以实现对大型复合材料结构的整体一次性优化.然后对遗传算法进行改进,使之成为一种能同时优化铺层厚度和铺层顺序的高效算法.并采用并行编程语言标准MPI( message passing interface)构建并行编程环境,利用主从式并行遗传算法框架,实现遗传算法在单机多进程上的并行计算.最后针对复合材料螺旋桨结构进行优化设计,以验证该方法的高效性,并分析并行遗传算法的加速效果.     

基于改进遗传算法的复合材料层合板自振频率优化设计

针对复合材料层合板设计的特点,应用改进的遗传算法研究了复合材料层合板 自振频率的优化设计问题。算例分析结果表明,本文方法具有较高的计算效率。     

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。     

基于改进模拟退火算法的复合材料层合板屈曲优化

针对复合材料层合板的屈曲优化问题,提出一种改进的直接搜索模拟退火算法来求解最大化临界屈曲载荷系数的铺层顺序设计问题。改进算法引入搜索范围动态调整的新点产生方式实现全局搜索和局部搜索的协调,提高了算法的计算稳定性和计算效率。以离散铺层角为设计变量,采用里兹法进行屈曲响应分析以考虑弯扭耦合影响,通过典型多极值屈曲优化问题分析比较了算法改进措施的有效性。不同角度增量、铺层数、长宽比和载荷比的层合板屈曲优化结果表明,改进算法能有效地进行层合板铺层顺序优化。     

应用扰动广义微分求积法的复合材料层合板剪切屈曲分析与优化

广义微分求积(GDQ)法求解复合材料层合板剪切屈曲时存在计算精度差、计算振荡不收敛问题,研究发现该现象源于载荷矩阵存在奇异,为此,提出扰动GDQ法,通过扰动主对角线权重系数以改善载荷矩阵的奇异性来消除计算振荡。数值算例验证了扰动策略的有效性,实现复合材料层合板剪切屈曲问题的高效稳定求解。在此基础上,结合直接搜索模拟退火算法,开展了含剪切载荷的复合材料层合板铺层顺序优化。结果表明：剪切工况时对称复合材料层合板的优化铺层不受铺层数和铺设形式影响,优化铺层角随长宽比增大而趋于60°;而剪切与轴压组合工况下较小的剪切力能改善层合板屈曲性能,随着剪切力的增大,优化屈曲性能逐渐降低,优化铺层趋同于剪切工况。研究结果为复合材料层合板的剪切屈曲性能设计提供了参考。     

基于粒子群算法的机翼蒙皮层合板铺层参数设计

在复合材料机翼蒙皮的设计中,上蒙皮的稳定性和面内刚度问题一直被重点关注.为研究蒙皮铺层参数对稳定性和面内刚度的影响,文中建立了基于粒子群算法的权重理想点法的多目标优化模型,并对机翼蒙皮层合板在不增加结构质量的前提下进行蒙皮刚度和稳定性的多目标优化设计.提出的权重理想点法可以使多目标问题更灵活和简洁地转化为单目标优化问题.针对层合板优化的特点,在标准粒子群算法中引入自适应惯性权重和变异策略,提高了优化精度.最后对4种蒙皮层合板进行了优化计算,得到的数据对工程实际设计机翼蒙皮层合板铺层参数有参考价值.     

基于改进粒子群优化算法的复合材料可靠性优化设计

提出了一种可用于求解非线性约束优化问题的改进粒子群算法,并将其用于求解复合材料可靠性优化设计。在满足层合结构系统可靠度的情况下,以总厚度最小为目标函数,对复合材料的纤维方向角和厚度进行优化设计。结果表明,改进粒子群算法不但具备基本算法的简单易实现、需调整参数少的特性,而且能够在确保全局收敛性的基础上,快速搜索到高质量的优化解,对复合材料层合结构的可靠性优化设计十分有效。     

函数优化的通用SA算法及其在电动滚筒优化设计中的应用

对模拟退火算法用于函数优化时的计算流程、状态产生函数的设置原则、离散变量的优化、计算终止准则等问题进行深入分析,在此基础上提出一种适用于求解各类数学规划问题全局最优解的有记忆功能、带返回搜索的模拟退火算法,用可视化程序设计语言Visual Basic6.0开发相应的模块化计算机程序,并给出YT型电动滚筒优化设计的应用实例.该程序不仅使用方便,而且对各类数学规划问题具有普适性.     

STACKING SEQUENCE OPTIMIZA- TION OF LAMINATED COMPOSITE CYLINDER SHELL FOR MAXIMAL BUCKLING LOAD

A new optimization method for the optimization of stacking of composite glass fiber laminates is developed. The fiber orientation and angle of the layers of the cylindrical shells are sought considering the buckling load. The proposed optimization algorithm applies both finite element analysis and the mode-pursuing sampling （MPS）method. The algorithms suggest the optimal stacking sequence for achieving the maximal buckling load. The procedure is implemented by integrating ANSYS and MATLAB. The stacking sequence designing for the symmetric angle-ply three-layered and five-layered composite cylinder shells is presented to illustrate the optimization process, respectively. Compared with the genetic algorithms, the proposed optimization method is much faster and efficient for composite staking sequence plan.     

铺层结构对CFRP准各向同性板损伤破坏的影响

研究铺层结构对CFRP(Carbon fiber reinforced plastics)准各向同性板损伤破坏和最终失效强度的影响，对几种不同的CFRP层合板进行拉伸试验，观察其损伤形态，并测定最终抗拉强度。利用有限元程序对完整结构以及带裂纹结构进行数值分析，讨论铺层结构、应力的数值分析结果以及损伤破坏之间的对应关系。     

损伤复合材料层板胶接修理的优化设计

针对复合材料单面胶接修理结构建立力学分析模型,并通过试验验证模型的可靠性.利用该模型分析补片参数对胶接修理效果的影响,得到优化设计的补片参数.计算分析和验证试验均表明,补片直径为孔径的2～3倍、厚度为孔深的45%～60%、铺排和母板一致时,修理结构的强度恢复能达到最大值.     

蚁群算法在复合材料层合板优化设计中的应用

对含有2N层的对称层合板铺层优化,采用多层城市的思想,即将每层备选角度设为一层城市,共同组成具有相同特征的N层城市,优化的过程就是在N层城市中每层选择一座城市,组成N维铺层角度向量.文中采用含有变异操作的蚁群算法,按照求解旅行商问题(traveling salesman problem ,TSP)的方法和过程,对已知铺层总数复合材料层合板的某个参数进行优化设计,最终确定各角度的铺层数及铺层顺序.算例结果表明,经过有限次数的循环,即能收敛到满意的结果,优化过程显示蚁群算法的良好鲁棒性,同时该方法为解决复合材料结构优化及其他组合优化问题提供一种新的思路.     

复合材料层压板剪切试验和有限元分析

对文献（１）的方案作了改进，提出一种用于碳纤维复合材料剪切模量及强度的测试方法，并利用有限元方法对试件应变场作了计算分析。本文还利用变刚度迭代法对迭件进行有限元计算，从而算出极限载荷，试验结果和有限元计算结果的比较表明，本试验方案是测试复事材料的剪切性能切实有效的方法。     

周期性复合材料微结构的多目标拓扑优化设计

基于多尺度均匀化方法,以组分材料用量为约束,以等效弹性模量矩阵主对角线上分量的加权组合最大为目标,建立周期性复合材料微结构的多目标优化设计模型。利用优化准则法控制设计目标与材料分布,以敏度过滤技术抑制棋盘格效应,实现微结构的构型优化。研究比较微结构网格粗细、材料组分比对不同目标元素优化结果的影响。通过典型算例验证优化模型和优化算法的有效性。     

离散变量桁架结构拓扑优化的混合遗传算法

为了避免结构拓扑优化过程中杆件和节点的增删带来的计算上的麻烦,在对桁架结构受力分析的基础上,提出一种启发式方法,以快速产生符合机动性要求的拓扑结构形式;然后在既定的拓扑结构形式下采用混合遗传算法——拟满应力遗传算法进行截面优化。该方法通过在遗传算法中嵌入拟满应力算子,同时对基本遗传算法采用最优个体保留、最差个体替换和控制种群个体差异等改进措施,有效提高遗传算法求解的效率和质量。算例结果表明,该方法用于离散变量桁架结构拓扑优化是有效的。     

复杂型腔刀位轨迹规划的优化算法

针对行切法加工复杂型腔,对型腔边界与岛屿轮廓进行扫尾处理时,如何得到最短且合理的刀位轨迹,提出了一种优化算法。首先利用最小树得到环与环之间的最短连通路径。但是无序的最小树却无法映射为扫尾处理的最短刀位轨迹,因此应对同一父节点下的同层子节点进行排序,通过生成最小有序树得到最短的刀位轨迹,减少了空行程从而提高加工效率。该优化算法易于实现,已在自行研制的模具CAM软件中得到成功的应用。