復(fù)合材料薄壁加筋板結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、復(fù)合材料薄壁加筋結(jié)構(gòu)以其能充分發(fā)揮層合板結(jié)構(gòu)可設(shè)計性好以及易于實現(xiàn)高效減重的顯著優(yōu)勢，已成為航空航天結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用的承受壓縮載荷的結(jié)構(gòu)形式。本文對復(fù)合材料薄壁加筋板筋元的結(jié)構(gòu)分析進行了系統(tǒng)的研究，在分析過程中引入了初始缺陷，考慮了損傷累積的剛度退化準(zhǔn)則，發(fā)展了cohesive內(nèi)聚力單元方法來模擬筋條和蒙皮的脫粘破壞。在結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，本文提出了考慮cohesive內(nèi)聚力粘結(jié)單元的復(fù)合材料薄壁加筋板筋元的優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化過程分兩步實現(xiàn)，第

2、一步基于代理模型的布局尺寸序列更新優(yōu)化設(shè)計，第二步基于多島遺傳(MIGA)優(yōu)化算法的鋪層順序優(yōu)化設(shè)計。本文的主要內(nèi)容包含以下兩個方面：
　?、叛芯苛藦?fù)合材料薄壁加筋板結(jié)構(gòu)分析的方法。首先對復(fù)合材料薄壁加筋板的筋元進行特征值屈曲失穩(wěn)的分析，得到了結(jié)構(gòu)屈曲失穩(wěn)的前五階模態(tài)以及對應(yīng)的屈曲因子。然后對結(jié)構(gòu)進行了非線性屈曲分析，并將特征值屈曲分析得到的第一階模態(tài)作為初始缺陷引入到結(jié)構(gòu)的非線性屈曲分析中，將得到的結(jié)果與沒有引入初始缺陷分析得到

3、的結(jié)果進行了對比，驗證了在結(jié)構(gòu)分析中引入初始缺陷的必要性。繼而在結(jié)構(gòu)分析中引入了基于損傷擴展的剛度退化準(zhǔn)則，所得分析結(jié)果更符合復(fù)合材料逐步破壞的過程。最后將cohesive內(nèi)聚力粘結(jié)單元引入到本文的分析中以考慮蒙皮和筋條的脫粘，考慮界面問題可更真實地模擬結(jié)構(gòu)在壓縮載荷下的破壞行為。將本文典型結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果與COCOMAT中的實驗結(jié)果作對比，證實了本文復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析方法的有效性。
　?、铺岢鰧衏ohesive內(nèi)聚力粘結(jié)單元的復(fù)

4、合材料薄壁加筋板筋元的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計的方法。優(yōu)化過程分兩步實現(xiàn)，優(yōu)化的主要思想是:第一級優(yōu)化首先采用Isight中的最優(yōu)拉丁超立方抽樣實驗設(shè)計(DOE)方法對樣本點進行采集，并在ABAQUS中計算樣本點的響應(yīng);將得到的樣本點以及對應(yīng)的響應(yīng)值建立質(zhì)量、屈曲因子的Kriging代理模型;然后應(yīng)用最小值更新的序列二次規(guī)劃法(NLPQL)對結(jié)構(gòu)進行了布局尺寸優(yōu)化設(shè)計;第二級優(yōu)化是基于前一步優(yōu)化得到的結(jié)果采用多島遺傳算法(MIGA)對結(jié)構(gòu)的蒙皮