复合材料层合板稳定性的遗传算法优化设计研究

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复合材料不仅是一种比强度、比模量高的材料,而且是在一定范围内可自由改变其性能的材料,以达到结构设计与材料设计的高度统一,充分发挥其效能。作为飞机结构的基本元件—复合材料层合板,通过优化铺层角的设计,可以较大的提高其承载能力。由于层合板不同角度的铺层顺序是离散变量,用传统的数学规划方法进行优化求解比较困难,而遗传算法可以求解离散变量的优化问题,所以遗传算法对于铺层顺序的优化设计有其明显的优越性。 本文采用遗传算法,针对不同约束、不同载荷、不同厚度和不同边长比的层合板,进行稳定性优化设计。本文的主要工作:首先,利用分区广义变分原理,建立复合材料加筋板位能方程;用FORTRAN语言编制了复合材料加筋层合板的稳定性程序,求解层合板屈曲临界载荷;利用ANSYS软件计算复合材料层合板的屈曲临界载荷,与自编程序计算的结果吻合;然后把这部分程序作为遗传算法中求解个体适应度函数部分的子程序,编制了遗传算法优化程序,并将算例结果与文献进行比较;通过遗传算法的优化程序,对复合材料层合板在不同边界条件、不同层数、不同加载方式、不同长宽比下的优化设计,以提高层合板的临界屈曲载荷。 本文初步得到以下结论: 1.用遗传算法容易达到优化设计目的,不用借助辅助信息,例如目标函数的导数或初始点的选择。遗传算法中用单点交叉算子,保证了样本空间的多样性,同时不易破坏好的个体。 2.从优化的算例可以看出,在提高层合板的临界屈曲载荷的约束下,影响层合板铺层顺序的因素有: (1)层合板的加载方式:在边界约束、长宽比和层合板厚度一定的条件下,纤维方向沿加载方向铺设时,有利于提高临界屈曲载荷。 (2)层合板的边界条件:在加载方式、长宽比和层合板厚度一定的条件下,边界条件限制较多时,沿加载方向铺设有利于提高临界屈曲载荷。 (3)层合板的长宽比:在边界约束、加载方式和层合板厚度一定的条件下,随着边长比的变化,铺层角也发生变化,但变化情况又因所加载荷而异。 (4)层合板的厚度:在边界约束、长宽比和加载方式一定的条件下,随着厚度的
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