复合材料层合结构的铺层优化

本文采用最速下降法，对复合材料层合圆柱壳体受外压作用的铺层进行了优化。优化结果表明：在受外压作用下，层合圆柱壳体的铺层有最优化方案，且完全能在实际中实现。对于其他形状的结构和承受其他载荷的情况，只需改变指标函数即可用此方法获得优化铺层。     

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。     

复合材料风机叶片结构分析与铺层优化

本文将梁理论应用于风机叶片的结构分析,将叶片视为一个变截面的悬臂梁,对美国可再生能源国家实验室发布的叶片结构分析程序Precomp进行了二次开发,使其不仅能计算叶片截面的刚度,而且还可以计算叶片的固有频率以及极限荷载作用下的变形和应力。基于该程序,对叶片结构铺层进行了优化,提出了梯形截面主梁结构,并减少根部材料消耗。结果显示,优化铺层结构后的叶片重量不仅显著降低,而且不影响叶片的使用性能。     

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。     

复合材料铺层方向制造符合性验证方法研究

近几年来,随着复合材料工艺的普遍应用,复合材料制造符合性问题日益凸显,影响航空装备质量,特别是国产大飞机制造符合性问题,逐步引起用户及主制造商重视。一旦复合材料制造过程得不到有效控制,出现工艺过程参数或结果与规定的不相符,对产品质量将产生较大影响。本文将结合以往复合材料制造过程中出现的质量问题,针对复合材料铺层方向错误质量问题开展调查分析,研究其制造符合性的验证方法,以便准确识别故障产品范围,分析根本原因并制定改进措施,控制质量成本损失。     

复合材料铺层曲面铺设仿真技术

本文提出了一种平面二维复合材料纤维垫铺设到三维自由曲面的铺设模拟算法.针对复合材料铺层在铺设过程中随剪切角变化而出现的非线性剪切力的特性,在这里我们采用了一种非线性对角弹簧模型,该模型能精确描述材料在铺设过程中的剪切力学性能.该方法可以预测出纤维垫在自由曲面上铺设时可能会产生缺陷的区域并可快速得到复合材料铺层的展开外形.本文所提出的方法解决了有限元方法中计算时间过长的问题,为快速确定复合材料铺层外形提供了一种有效可行的方法.     

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。     

雷达罩复合材料铺层计算的数学方法

雷达罩复合材料的铺层设计直接关系到雷达罩复合材料的强度,现行的商用软件需要依赖结构铺层设计才能实现仿真分析,要针对结构铺层分别划网格、建模型,铺层设计的灵活性、通用性差。采用几何学原理和数据编程处理方法,将雷达罩纤维织物复合材料的平面经纬向依据不同的起始铺层角度并结合三维空间几何转换确定其在三维雷达罩模型上的实际方向,进行雷达罩复合材料铺层设计,将复合材料铺层方向投影到空间雷达罩复合材料的有限元模型中,确定复合材料的铺层角,将铺层设计显性化、通用化,并且增加复合材料铺层计算的灵活性,突破各种软件的约束。     

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Fibersim的铺覆方法论优化复合材料工艺铺覆精度的研究

碳纤维复合材料在各领域已广泛应用,其中在航空领域的应用最为成熟.在航空领域中,复合材料的预成型铺覆以人工铺覆和自动铺覆为主导.当基于数字化铺层设计数据进行人工铺覆大尺寸零件时,经常发现实际铺覆效果与理论设计具有较大偏差.本文将基于Fibersim的铺覆方法论剖析产生偏差的原因,并通过实际运用场景推论To Curve模拟...     

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。     

铺层角度对形状记忆复合材料层合板性能的影响

对不同铺层角度的形状记忆复合材料(SMC)层合板的微屈曲及形状记忆性能进行了研究。首先对±θ铺层的层合板在玻璃化转变温度以上发生弯曲变形时受压区的纤维应变进行理论分析。实验观察了[04],[±22.5]S,[±45]S和[±67.5]S等4种铺层方式的SMC层合板在弯曲变形下的面外微屈曲及受压区最外层纤维微屈曲形貌,发现在同等弯曲半径下,铺层角度的增大可显著降低微屈曲的程度,且可同时降低折曲破坏出现的可能性。最后,研究了在全0°铺层的单向板内逐步增加±45°铺层的比例并改变铺层顺序对微屈曲程度及形状记忆回复率的影响。结果表明,增加±45°铺层的比例可显著降低微屈曲程度,同时改变±45°铺层的位置对微屈曲程度的影响不大。60%以下的±45°铺层比例对形状记忆回复率影响较小,一旦±45°铺层比例超过80%,形状记忆回复率显著降低。     

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.     

提高层压板屈曲强度的铺层顺序优化方法讨论

复合材料层压板铺层优化设计对于提高飞机结构承载能力至关重要。本文基于遗传算法和随机正态分布优化算法,以轴压复合材料层压板屈曲荷载为目标函数,开展铺层顺序优化设计。采用MATLAB语言编写两种优化算法程序,对不同铺层数和边界条件的对称均衡层压板进行铺层顺序优化。结果表明:采用整数编码、罚函数处理约束条件的遗传算法能够优化层合板铺层顺序问题;当铺层总数为24层时,四边简支和四边固支层合板的最优铺层相比最差铺层的承载力分别提高了27%和15%,优化铺层设计效果明显。随机正态分布优化算法计算结果与遗传算法结果一致,随机正态分布优化算法更简单实用、易收敛,更适用于层压板的铺层顺序优化设计。     

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。     

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。     

不对称铺层复合材料变形规律的实验研究

为了充分发挥复合材料的可设计性和减重作用,近年来不对称铺层复合材料受到了越来越多的关注。本文对铺层顺序、构件尺寸、构件厚度和固化温度等因素对不对称铺层复合材料的变形规律进行了实验研究。结果表明,铺层顺序、构件厚度和固化温度对不对称铺层复合材料的变形有显著影响,而构件尺寸对变形曲率影响较小。     

VARTM工艺铺层取向对复合材料力学性能的影响

采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制作了玻璃纤维增强不饱和聚酯复合材料层合板,对其进行了拉伸、弯曲、冲击性能测试,并对铺层取向与玻璃纤维复合材料层合板力学性能的影响关系进行了实验研究。实验结果表明,0°取向玻纤增强复合材料在单一方向上的力学性能最佳,±θ取向比θ取向玻纤增强复合材料有更好的力学性能;θ单向铺层复合材料在外载荷作用下发生破坏,其断口破坏的角度与铺层角度一致,而在±θ多向铺层复合材料的断口形貌更复杂。通过合理的铺层设计可获得满足工程需要的复合材料制品。     

复合材料阶梯挖补修理中附加铺层的优化设计

基于有限元软件ANSYS,建立了三维复合材料层合板阶梯形挖补修理的有限元模型,分析了附加铺层大小、附加铺层厚度和附加铺层方向等修理参数对复合材料结构挖补修理强度的影响规律。这些影响规律对复合材料结构阶梯挖补修理方案设计具有指导意义。