复合材料加筋壁板的结构布局优化设计

 
       一个二级优化设计方法被用于复合材料加筋壁板的结构布局优化设计。第一级对加筋壁板的主要截面尺寸进行优化，着重把筋条间距作为设计变量，其中讨论了各设计变量与结构稳定性之间的关系，以及结构质量与结构稳定性和刚度之间的关系。第二级以提高结构的屈曲因子为目标函数，采用遗传算法进行固定铺层数下的铺层顺序优化。在优化的过程中，应用软件MSC．P atr an/N as tran进行具体的结构有限元分析，保证计算的准确性。同时也考虑了设计规则和生产工艺等方面对复合材料结构的要求。计算结果表明。采用二级优化设计的方法是可行的。

      怎样减少飞机的结构重量，是飞机设计师百年来一直追求的目标。复合材料由于其比强度和比刚度高，抗疲劳抗腐蚀性能好和其剪裁设计的灵活性，受到了广泛的关注。复合材料在飞机结构中应用的比例越来越大。从尾翼逐渐扩展到机翼和机身。

       加筋壁板结构的失效模式众多，结构的失稳会导致结构大变形进而导致结构失效。目前国内外的一些设计部门仍以结构屈曲载荷作为设计许用载荷。保持稳定性是加筋壁板设计的主要依据。怎样设计才能够在满足一定载荷的稳定性要求的前提下尽量减轻结构质量，是设计者一直考虑的问题。目前对于加筋壁板的设计主要采用半经验半理论的设计方法。但是随着计算机技术的快速发展和工程优化设计方法的不断完善。复合材料结构优化设计已经从简单的层板设计拓展到加筋壁板设计。但是之前的学者都是在筋条间距确定的条件下进行优化，忽略了筋条间距变化这一重要因素对加筋壁板稳定性的影响。

      本文针对复合材料加筋壁板的结构布局优化，采用二级优化的方法进行优化，第一级考虑相邻筋条的间距、筋条的厚度和高度、壁板的厚度等设计变量进行尺寸优化：第二级利用遗传算法进行复合材料的铺层顺序优化。国内外众多学者将遗传算法应用于复合材料的铺层顺序优化进行了大量的研究，充分地说明了遗传算法在处理复合材料铺层顺序问题的优越性。遗传算法应用了达尔文提出的物竞天择。适者生存”的理念，目前的遗传算法与H olland提出的遗传算法相比，有了许多的改进之处，但是主要的概念和基本的遗传操作算子还是相似的。

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