黏彈性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的遺傳算法優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、復(fù)合材料的一些突出優(yōu)點(diǎn)，如比剛度、比強(qiáng)度高，自由設(shè)計(jì)性好，這種“輕而強(qiáng)、輕而堅(jiān)”的材料在先進(jìn)飛行器結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在復(fù)雜的工作環(huán)境下會(huì)引發(fā)振動(dòng)和噪聲，其結(jié)構(gòu)的一些力學(xué)性能會(huì)嚴(yán)重受到影響。然而，復(fù)合材料在航空航天中的使用已然不可阻擋。為了改善結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲，以阻尼耗能成為復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)減振降噪的有效措施。由于阻尼材料的加入，原有結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度會(huì)有所變化。充分利用復(fù)合材料性能的方向性、結(jié)構(gòu)性能的自由設(shè)計(jì)性是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)

2、設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。論文對(duì)黏彈性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以權(quán)衡該結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中的力學(xué)性能和阻尼特性。
　　遺傳算法，模仿生物遺傳和進(jìn)化開發(fā)出的一種計(jì)算機(jī)模擬的概率搜索算法。相比其他優(yōu)化算法，有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能較好地應(yīng)用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。針對(duì)遺傳算法早熟、局部搜索效率低和尋優(yōu)時(shí)間較長等缺陷，論文第2章結(jié)合采樣選擇和保優(yōu)策略，對(duì)基本遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種改進(jìn)的乘冪適應(yīng)度函數(shù)自適應(yīng)遺傳算法。性能測(cè)試表明，改進(jìn)的自適

3、應(yīng)遺傳算法在優(yōu)化速度、優(yōu)化穩(wěn)定性和優(yōu)化精度都有顯著的提高。
　　分別利用經(jīng)典板殼理論、剪切變形理論，論文第3章對(duì)復(fù)合材料層合板做動(dòng)態(tài)非線性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)。基于虛位移原理及求變分推導(dǎo)出相應(yīng)的振動(dòng)控制方程，建立復(fù)合材料板的固有頻率計(jì)算模型。討論分析跨厚比、彈性模量比、纖維鋪設(shè)角等因素的影響。以纖維鋪設(shè)角為設(shè)計(jì)參數(shù)，基頻最大為優(yōu)化目標(biāo)，以改進(jìn)的自適應(yīng)遺傳算法對(duì)復(fù)合材料板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后，復(fù)合材料板的基頻增大，可以有效地降低其共振的概

4、率。
　　基于黏彈性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的層與層之間沒有相互錯(cuò)動(dòng)的假設(shè)，且是小撓度形變，可用復(fù)合材料層位移表示黏彈性阻尼層位移。論文第4章利用Hamilton原理及求變分推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制方程，建立固有頻率和結(jié)構(gòu)損耗因子的計(jì)算模型。將結(jié)構(gòu)損耗因子最大作為優(yōu)化目標(biāo)，以改進(jìn)的自適應(yīng)遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化結(jié)果表明，通過對(duì)纖維鋪設(shè)角、黏彈性阻尼材料與復(fù)合材料的剪切模量比以及黏彈性阻尼層與復(fù)合材料層的厚度比的設(shè)計(jì)，增大了黏彈性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損