文档介绍：西北工业大学
硕士学位论文
复合材料加筋壁板铺层参数及稳定性优化设计
姓名:常楠
申请学位级别:硕士
专业:飞行器设计
指导教师:赵美英
20070301
摘要论文以大展弦比飞翼布局机翼蒙皮的优化设计为背景,开展了复合材料层压论文首先分析计算了机翼整体刚度、强度特性,采用语言编写出相关的优化程序,并将有限元分析软件短椎接呕绦蛑校迪至嘶母春喜牧喜阊贡诎逦榷ㄐ苑治鲇胗呕杓迫砑慰7ⅰ复合材料铺层厚度与铺层比例优化是通过采用最大应变能准则调整各分层厚度,应用满应力设计和跫绰闱慷群臀灰圃际佣频汲龈非凸,多峰,可行域复杂的目标函数的优化算法组合,即混合罚函数法、法、黄金分割法和改进的坐标轮换法,并通过优化程序实现了以加筋板的屈曲载法对加筋壁板的铺层顺序进行了优化分析,进一步提高了加筋壁板的屈曲临界载论文将以上三个优化模块打包在一起,形成了一套基于复合材料加筋壁板稳定性的优化软件。采用这套软件对复合材料机翼蒙皮壁板进行了优化设计分析,计算结果表明:机翼在强度、刚度不减弱的前提下,蒙皮质量和屈曲载荷都有较大提高,算例证明了本文方法的有效性。论文工作对复合材料层压壁板结构优化关键词:复合材料,优化设计,屈曲,有限元法板结构的优化设计工作。蒙皮优化包括复合材料层压板结构的铺层参数优化和复合材料加筋壁板稳定性优化两个部分。合材料层压板结构的优化算法;复合材料加筋壁板稳定性优化方法选用了适合于荷最大为目标的尺寸优化设计;在以上两方面优化工作基础上,本文采用遗传算荷。设计具有一定的参考价值。西北工业大学硕士学位论文
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第一章绪论复合材料的特点先进复合材料是世纪年代崛起的一种新材料,一经问世就以金属材料所不具备的优点而倍受人们青睐。目前先进复合材料在航空航天结构中获得了广泛的应用,并已与铝合金、钛合金、合金钢一起成为航空航天的四大结构材料。飞机结构设计的研究和发展一直与采用性能优越的新材料密切相关。世纪年代铝合金的问世,取代了帆布和木材,曾给飞机结构设计带来了一次革命性的飞跃。今天,先进复合材料的应用,同样引起了一场飞机结构设计上的重大技术变革。可以预料,这一变革必将有力地推动航空航天事业的进一步发展。减轻结构重量对现代飞行器具有特殊重要的意义。先进复合材料具有比强度和比刚度高、性能可设计和易于整体成形等许多优异特性,将其用于飞机结构上,可比常规的金属结构减重%~,并可明显改善飞机气动弹性特性,提高飞行性能,这是其他材料无法或难以达到的。先进复合材料的广泛应用还可进一步推进隐身和智能结构设计技术的发展,因此。先进复合材料在飞机上应用的部位和用量的多少现已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一⋯。复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料的组分材料虽然保持着相对独立性,但复合材料的性能却不是组分材料性能的简单相加之和,而是有着重要的改进。在复合材料中,通常有一相组分为连续相,称为基体;另一组为分散相称为增强材料。分散相是以独立的形态分布在整个连续体中,两相中间存在着相界面。分散相可以是分散纤维,也可以是颗粒状或者弥散的填料【俊1疚闹兴档母春喜牧鲜侵噶宋强塑料。即基体是环氧树脂或聚醋树脂等塑料,而以玻璃、碳、硼或凯芙拉等连续纤维作为增强材料。复合材料具有以下特点。’:饶A看蟆⒈惹慷却纤维增强塑料是由高强度、脆性、低密度的纤维材料与低密度的韧性较好的塑料基体所组成。复合材料具有比金属材料高的比强度和比模量。如铝的比模量是高模量碳/,而且又是每一铺西北工业大学硕士学位论文
代中期研制成功了第一个复合材料飞机结构件一某歼击机迸气遂壁板。年代复合材料在飞机结构中的应用层方向可随意改变的层合结构材料。所以,可以改变组分材料的种类、含量,以及铺层方向和铺叠顺序,在一定范围内满足结构设计中对材料强度、弹性的要求。由纤维和基体构成的复合材料,具有纤维断裂、基体开裂、界面脱胶和分层等多种损伤形式,而且多向交错的铺层能很好地阻止裂纹的扩展,使复合材料构件疲劳破坏前,一般都有较为明显的征兆。扑鸢踩院复合材料本身是高度静不定结构,有着多路传力路线。ひ招院复合材料的材料设计和结构设计同时进行,并且在复合材料结构成型时各种当然,复合材料还具有很多不足。如:组分材料性能的分散性和材料与构件同时成型的特点,使复合材料性能数据分散性较大。工艺稳定性和质量控制比较困难,层间剪切强度和耐环境特性都有待进一步提高。复合材料在飞机结构中的应用情况大致可以分为三个阶段:第一阶段是应用于受载不大的简单零部件,如各类口盖、舵面、阻力板、起落架舱门等,对这类结构件,据统计可减重左