基于响应面法的CFRP层合板挖补修理结构的单目标优化

对于CFRP层合板挖补修理结构的优化问题,首先通过三维实体单元建立三维损伤累积模型并通过试验验证所建立的仿真模型的有效性,然后采用拉丁超立方试验设计方法和响应面法构建了拉伸强度代理模型,最后基于遗传算法和代理模型进行联合优化。研究结果表明:数值模型与仿真模型吻合度较好,误差在10%以内,表明所建立的有限元模型具有有效性。拉伸载荷下挖补结构的失效模式以胶层的剪切失效为主,胶层损伤起始于层合板和补片0°层对应的位置,然后向四周扩展,胶层失效后补片失去承载能力,母板继续承载并在最窄处断裂。最佳胶层厚度、挖补角度和旋转角度分别为0.1035 mm、2.5°和0°。与常规挖补结构相比,拉伸强度提高了12.57%。采用遗传算法对CFRP层合板挖补结构进行优化,对提高挖补结构的力学性能具有重要意义。