復合材料層合板穩(wěn)定性的遺傳算法優(yōu)化設計研究.pdf

1、復合材料不僅是一種比強度、比模量高的材料，而且是在一定范圍內(nèi)可自由改變其性能的材料，以達到結(jié)構(gòu)設計與材料設計的高度統(tǒng)一，充分發(fā)揮其效能。作為飛機結(jié)構(gòu)的基本元件—復合材料層合板，通過優(yōu)化鋪層角的設計，可以較大的提高其承載能力。由于層合板不同角度的鋪層順序是離散變量，用傳統(tǒng)的數(shù)學規(guī)劃方法進行優(yōu)化求解比較困難，而遺傳算法可以求解離散變量的優(yōu)化問題，所以遺傳算法對于鋪層順序的優(yōu)化設計有其明顯的優(yōu)越性。 本文采用遺傳算法，針對不同約束、不

2、同載荷、不同厚度和不同邊長比的層合板，進行穩(wěn)定性優(yōu)化設計。本文的主要工作：首先，利用分區(qū)廣義變分原理，建立復合材料加筋板位能方程；用FORTRAN語言編制了復合材料加筋層合板的穩(wěn)定性程序，求解層合板屈曲臨界載荷；利用ANSYS軟件計算復合材料層合板的屈曲臨界載荷，與自編程序計算的結(jié)果吻合；然后把這部分程序作為遺傳算法中求解個體適應度函數(shù)部分的子程序，編制了遺傳算法優(yōu)化程序，并將算例結(jié)果與文獻進行比較；通過遺傳算法的優(yōu)化程序，對復合材料層

3、合板在不同邊界條件、不同層數(shù)、不同加載方式、不同長寬比下的優(yōu)化設計，以提高層合板的臨界屈曲載荷。 本文初步得到以下結(jié)論： 1.用遺傳算法容易達到優(yōu)化設計目的，不用借助輔助信息，例如目標函數(shù)的導數(shù)或初始點的選擇。遺傳算法中用單點交叉算子，保證了樣本空間的多樣性，同時不易破壞好的個體。 2.從優(yōu)化的算例可以看出，在提高層合板的臨界屈曲載荷的約束下，影響層合板鋪層順序的因素有： (1)層合板的加載方式：在邊界約

4、束、長寬比和層合板厚度一定的條件下，纖維方向沿加載方向鋪設時，有利于提高臨界屈曲載荷。 (2)層合板的邊界條件：在加載方式、長寬比和層合板厚度一定的條件下，邊界條件限制較多時，沿加載方向鋪設有利于提高臨界屈曲載荷。 (3)層合板的長寬比：在邊界約束、加載方式和層合板厚度一定的條件下，隨著邊長比的變化，鋪層角也發(fā)生變化，但變化情況又因所加載荷而異。 (4)層合板的厚度：在邊界約束、長寬比和加載方式一定的條件下，隨著