文档介绍：西北工业大学
硕士学位论文
复合材料层壳结构参数优化设计及其稳定性分析研究
姓名:安洋
申请学位级别:硕士
专业:飞行器设计
指导教师:孙秦
20070301
万』踺┢购跛妒垦宦畚摘要复合材料具有比强度和比刚度大、重量轻、且疲劳性能、破损安全和可设计性都比金属材料优越的特点,目前已广泛应用于飞机结构上。通过对复合材料层壳进行优化设计可以提高飞机性能,可以设计出满足结构刚度、强度以及稳定性要求且使得结构重量更轻的飞机结构。此外,在较大外力作用下,层壳结构将产生大的变形,会使结构变形成为几何非线性问题,结构很可能出现失稳现象,此时需要使用非线性方法进行分析以研究结构的稳定性情况。本论文在综述优化设计理论研究的基础上,设计了复合材料铺层厚度优化设计的算法和流程。应用以上理论和算法并使用砑阅承椭鄙ǜ春喜料尾段结构进行优化设计,优化对象是复合材料的铺层厚度,优化采用命令流格式,完成了一套完整的结构建模一分析一优化设计过程。本文详细讨论了复合材料壳体结构稳定性有限元计算方法,其中具体讨论了三个方面:⒖翘宓阌Ρ涞姆窍咝怨叵导安逯担、壳结构形交能的二阶交分及特征方程,⒋笮痛卣鞣匠套榈氖导扑惴椒ā1疚幕瓜晗附樯芰用于非线性分析的计算方法:弧长法,详细讨论了线性弧长法、球面弧长法和球面显式迭代法。在这些理论的基础上,应用惦甅砑阅承椭鄙ǜ春材料垂尾结构和某型无人机垂尾结构进行非线性分析,分析过程采用盍格式,完成了一套完整的结构建模和非线性分析过程。关键词:复合材料、层壳结构、优化设计、稳定性、非线性分析
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搠年》月娟西北工业大学业学位论文知识产权声明书西北工业大学学位论文原创性声明年月日本人完全了解学校有关保护知识产权的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北工业大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证,毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西北工业大学。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名指导教师签名秉承学校严谨的学风和优良的科学道德,本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知,除文中已经注明引用的内容和致谢的地方外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果,不包含本人或其他已申请学位或其他用途使用过的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。本人学位论文与资料若有不实,愿意承担一切相关的法律责任。,
第一章绪论万』跆苌扑妒垦宦畚复合材料层壳结构优化设计技术研究概况铺设角度一般是由、“、±约这四种标准铺层角度组成的。因此复合材复合材料具有比强度和比刚度大、重量轻、且疲劳性能、破损安全和可设计性都比金属材料优越的特点。三十多年来,复合材料在国内外航空结构上得到日益广泛的应用。复合材料在航空结构中的采用,大大减轻了飞机的结构重量,复合材料在飞机上的用量,已经成为衡量飞机先进性的重要标志Ⅲ。复合材料层压板作为飞机结构的基本构件,承受着各种载荷情况的内力。铺层是复合材料应用的基本方式之一,不同的铺层组合成层压板,层压板构成复合材料结构最基本的结构单元,层压板设计是复合材料结构设计的基础。只有适当的铺层设计,才能保证各种设计载荷下的强度和刚度要求,在规定的载荷下不发生屈曲。在实际的复合材料层合板的铺层设计中,由于工艺条件的限制,各层的料铺层设计最后一步都需要优化这四种铺层角度的铺层厚度,以最大限度地发挥层合板铺层的设计潜力,提高层合板的承载及抗变形能力闭。复合材料结构优化设计技术是在对结构进行分析的基础上,通过对设计参量在工程意义上的合理选取且配以恰当的优化设计方法来实现。因此,要实现结构优化设计,首先要有高效准确的分析工具,真实的反映结构在载荷作用下的位移、应力水平;其次要有实用、可靠、高效的优化算法,获取可行结果、缩短优化进程、提高工作效率。最后还需要把优化结果与非定量工程设计准则相结合,对理论优化结构进行必要的恰当处理,使之可以应用于工程实际结构。目前流行的大型有限元工程软件,大多提供了多种材料性能,都可以对结构进行包括静力、模态、屈曲、流固耦合、动力学、热传导等方面的全面分析,并能得到精确可靠的分析结果。同时,这些大型软件还提供了结构优化的功能,内置了高效的优化算法,有利于缩短优化过程的时间。这些都为复合材料结构优化设计的实现提供了理论准备,关键是在这些大型的软件技术应用中,如何利用已有的理论与技术工具进行参数化建模,施加工程