复合材料薄壁加筋结构布局优化设计并行子空间法

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飞行器结构的重量是一项至关重要的性能指标。减少结构重量是飞行器结构工程师永恒的主题。加筋结构由于能节省结构材料,减轻结构重量,被广泛地应用于航空航天领域。随着复合材料的使用比例越来越高,复合材料加筋板结构优化问题也受到研究人员的广泛关注。本文回顾了结构优化设计方法及它的发展历程,介绍了加筋结构的几种常见型式、屈曲失稳的基本概念和加筋结构布局优化设计的发展现状。然后针对加筋薄壁结构的布局优化问题,运用并行子空间法进行优化。并行子空间法将整个优化问题分为布局优化、尺寸优化和铺层厚度优化三个并行的子问题。设计变量也依次分为三种对应子问题的设计变量,优化目标都是结构重量最轻。其中每一个子问题在优化过程中都将另外两类变量作为状态变量,在优化结束后根据各自优化的结果与三个结果平均值的差来调节设计变量值,然后进入下一轮迭代,直到满足收敛条件。在优化结束后使用等效弯曲刚度法得到最优铺层顺序。利用参数化建模的方法,借助试验设计与代理模型技术,将布局、尺寸和铺层厚度变量作为设计变量生产试验点,然后分别在三个子空间内建立Kriging代理模型,并采用更新技术提高Kriging模型的精度,最后应用多岛遗传算法对该代理模型进行优化获得最优解。这样相当于一个试验点集同时对三个子空间优化起到了作用,减少了计算的难度,增加了试验点集的利用率。提高了运算效率。利用上述并行子空间法,用两个算例验证了本方法的有效性与实用性。同时对复合材料薄壁加筋圆柱壳结构进了优化,取得了较好的效果。
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