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.     

基于零阶优化方法的无人机复合材料进气道结构优化与分析

在综述优化设计理论研究的基础上,运用ANSYS分析软件,采用零阶优化方法,对某型无人机进气道复合材料层合板结构进行初始铺层的强度和刚度分析,在此基础上对其铺层厚度和铺层比例进行优化.采用两种优化方案,一种是在载荷一定的情况下求得尽可能轻的重量;另一种是在厚度一定的情况下调整铺层比例,使结构的承载能力更强.在得到ANSYS优化结果后再对其进行修正.优化结果显示,通过优化能进一步减轻结构重量,增强结构的承载能力.     

复合材料螺旋桨结构高效优化方法研究

提出了一种能求解整数规划问题的改进遗传算法,并将其用于复合材料螺旋桨结构优化问题。首先,提出一种新颖的优化模型建模方法,该方法在不影响优化结果的同时,能大幅减少设计变量个数,从而缩小优化空间,有效的提高优化效率。然后从整数编码、锦标赛选择以及加速策略等方面对遗传算法进行改进,使之成为一种能同时优化铺层层数和铺层顺序的高效算法。笔者所提的优化方法被用来求解该复合材料螺旋桨优化问题,优化时间缩短6倍,重量减少32%,固有频率提高30%,获得了较好的优化结果。     

航空电子设备复合材料结构优化设计概述

复合材料由于其良好的性能而在航空电子设备中的应用越来越广泛。讨论了航空电子设备复合材料结构优化设计技术,对优化的数学模型展开论述,介绍了优化的五个层次的材料工艺优化、拓扑优化、位置优化、尺寸优化和铺层优化,同时阐述了它们的特点和相应的优化算法。继而针对航空电子设备,研究了复合材料结构综合优化方法。通过对某型天线罩进行结构优化设计,结果表明了优化方法的可行性。     

应用遗传算法优化设计机翼复合材料蜂窝夹层结构蒙皮

为提高无人机复合材料机翼蒙皮的强度,应用遗传算法优化设计了蜂窝夹层结构蒙皮的铺层。针对复合材料结构优化变量离散化的特点,设计了应用整数编码策略的遗传算法,并根据Tsai-Wu准则提出了适应度函数,参考复合材料的铺层原则给出了约束条件。然后,通过优化设计得到了最佳的蒙皮复合材料结构铺层方案。最后,通过有限元分析及静力试验验证了复合材料蜂窝夹层结构蒙皮设计的合理性。试验结果表明:左、右机翼翼梢的最大变形分别为116.02mm和105.36mm,小于性能要求的180mm。探伤测试显示机翼复合材料结构没有出现损坏,满足机翼结构的工程指标要求。此机翼结构的无人机已成功完成了首飞试验,验证了设计结果的可信及工程可用性。     

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。     

碳纤维复合材料汽车引擎盖的设计

树脂基碳纤维复合材料具有比强度和比刚度高、密度小、耐高温、耐腐蚀等优良性能.将其应用于汽车引擎盖,在保证刚度等力学性能要求的前提下,能够有效地减轻重量,实现汽车轻量化的目的.文中选择了合适的铺层顺序和铺层角度[90°/45°/0°/-45°/90°],优化了铺层方案,满足了汽车引擎盖的性能要求.从结构方面对碳纤维复合材料汽车引擎盖进行分析,指出其优势和不足,对包括引擎盖在内的汽车覆盖件的设计具有积极的参考意义.     

具有复合层结构的谐波减速器柔轮的性能优化设计研究

针对谐波减速器的柔轮存在着易发生疲劳的问题,从复合层的本构关系出发,进行了复合材料铺层角和叠层次序的力学性能研究。提出了以铺层角度和铺层顺序为优化变量,Tsai-Wu材料失效准则为约束条件,单层层内应力最小为优化目标的数学模型,采用粒子群优化算法得到了最优的铺层角和叠层顺序。对采用优化设计后的谐波减速器进行了瞬态动力学分析,分析结果表明:与原结构相比,具有复合层结构柔轮的最大Von Mises应力降低了12.5%,最大应力位置由柔轮的齿根部变为柔轮齿圈内表面,在一定程度下可提高柔轮的使用寿命。     

无人机复合材料机翼铺层优化

复合材料铺层优化,使用MSC. Patran/Nastran对结构进行分析,根据计算需要从MSC.Nsatran的计算结果中提取数据,根据优化算法通过Matlab对这些数据进行处理,得出新的设计数据,然后更新模型进行分析计算,这样反复迭代直到收敛。经算例验证,该方法具有很强的实用性和通用性。     

无人机折叠尾翼机构性能分析及改进设计

为检验无人机折叠尾翼机构的性能,分别基于拉格朗日方程和有限元方法建立尾翼展开机构的运动微分方程和有限元数值仿真模型,两种方法求解得到的尾翼展开运动规律吻合较好.在此基础上,分析得出折叠尾翼原设计方案的展开时间满足设计要求,但冲击载荷超过了设计指标.最后从功能关系出发,改进了展开机构驱动转矩的加载方法,改进后的方案满足了设计要求.     

铺层顺序和垫板对复合材料层压板钉拉脱性能影响分析

机械连接是飞机复合材料结构最重要的连接方式之一,其面外拉脱性能直接影响结构机械连接的强度.本文针对常用的材料和铺层形式,设计相应的试样,开展了铺层方式、材料及金属垫板对复合材料层压板面外拉脱性能影响的试验研究,获取了相应的失效形式.试验结果表明,铺层比例为(40/50/10)具有更高的钉拉脱性能;对复合材料层压板增加金...     

基于免疫算法的复合材料铺层顺序优化设计

介绍一种模拟人体免疫系统工作原理而得出的全局优化算法--免疫算法,简述其工作原理和基本步骤,并用该方法研究复合材料层合板的铺层顺序优化设计问题.最后通过算例结果验证文中提出的复合材料层合板优化设计方法的有效性,并研究免疫算法的记忆抗体群的大小对优化结果的影响.     

无人机机翼的结构/材料一体化优化设计

目前无人机机翼大规模采用复合材料,因为性能优越的复合材料具有很好的可设计性,所以对于复合材料机翼的研究十分重要.基于ANSYS和MATLAB联合调用技术提出了一种固定翼无人机机翼结构/材料一体化设计的优化方法:将翼梁位置的结构参数和机翼各元件材料的铺层参数作为设计变量,机翼结构质量为目标函数,采用遗传算法对机翼进行优化...     

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。     

大型复合材料结构实用优化设计技术研究

充分利用复合材料的可设计性,设计出满足结构刚度强度以及气动弹性等性能指标要求且使结构重量更轻的飞行器结构.先应用几何建模软件CATIA进行飞行器尾翼结构几何外形的确定,接着应用大型工程软件Hypermesh进行了其结构的有限元模型的建立,并且应用了区域划分技术,然后在数值计算仿真的基础上,对飞行器结构的各构件几何参数实施了工程优化设计;针对其复合材料的三种经典铺层角度按照一定的铺层比例进行优化设计分析.因此总结出诸多有意义的实际工程应用经验.     

复合材料无人机弓形起落架有限元仿真与优化

针对目前存在的问题及需求,根据某型号无人机总体要求,进行了复合材料起落架结构设计与有限元仿真。根据起落架的承载特点进行了复合材料弓形梁减震结构铺层初步设计。建立了起落架弓形梁有限元优化模型,对复合材料铺层厚度进行优化。优化目标为结构重量最小。结合有限元计算结果和实际制作工艺,确定了最终的铺层厚度。最终计算结果表明,优化后的结构满足强度刚度要求,结构重量减小27.2%,提高了材料使用效率。     

复合材料电子吊舱结构与铺层设计研究及应用

电子吊舱作为机载外挂设备,不仅在刚强度设计、可靠性、透波、重量等方面有要求,而且在淋雨、砂尘、霉菌、盐雾等环境适应性方面也有较高的要求。文中通过吊舱结构设计、材料选型、铺层设计和工艺设计,保证其刚强度和功能性要求,以适应恶劣的工作环境,保障载机和吊舱内电子设备的安全,最终完成了复合材料电子吊舱的研制和飞行验证,可为其他吊舱设备的设计和工程应用提供指导。     

大型风力机复合材料叶片铺层设计及结构特性研究

近些年来,风力发电发展迅速,复合材料的设计与研制是风力发电的关键技术之一。基于复合层压板理论和有限元分析方法,对风力机复合材料叶片进行分析。利用ANSYS软件中壳单元模拟叶片铺层,然后对铺层叶片进行强度分析和模态分析。通过叶片质量、重心等计算值与实测值的比较,证明了所提出的铺层设计方法的合理性。分析比较了flapwise和edgewise两个方向的不同变形,为叶片铺层优化工作提供了依据。     

复合材料起落架舱门结构优化设计

基于有限元软件ANSYS建立复合材料起落架舱门参数化有限元模型,基于三明治夹芯板理论将蜂窝芯层等效为均质的厚度不变的层板,以蜂窝夹芯高度与复合材料面板各铺层厚度为设计变量,以铺层板、蜂窝夹芯的强度,结构稳定性以及结构刚度为约束函数,以结构质量最轻为目标函数,基于ANSYS优化模块首先选择零阶法进行优化得到粗略解,其次选择一阶梯度优化法进一步对夹层结构进行优化设计,得到最优蜂窝芯子厚度、蒙皮各铺层厚度.     

H构型无人机复合材料机臂有限元分析与优化

依据H构型无人机总体设计要求,对复合材料机臂进行有限元分析与优化。根据无人机机臂的承载特点实现复合材料机臂的初步设计,建立机臂有限元优化模型;以提升机臂结构性能为优化目标,结合有限元计算结果和实际制作工艺,确定机臂优化结构。优化后的结果表明：整体满足设计要求且力学性能大幅提升。