文档介绍：大连理工大学
博士学位论文
先进复合材料格栅加筋结构优化设计与损伤分析
姓名:张志峰
申请学位级别:博士
专业:工程力学
指导教师:陈浩然
20080701
摘要先进复合材料格栅加筋结构酆闲虏牧霞际鹾托陆峁股杓频挠诺悖唤鼍有一般复合材料结构的比强度和比刚度高的特点,同时拥有环境鲁棒性、自动化制造技术等独特的优势,已被广泛应用于航天航空结构中,成为最具发展前途的新型结构形式局部,统观和精细等层次,对该结构的分析模型、理论、方法和破坏过程开展了较为深入的研究,并独立开发了相应的分析软件包。该项研究是国家重点基础研究发展计划苹翁狻俺岫嗫撞牧虾徒峁勾葱鹿剐偷亩喙δ芑⊙芯和国家自然科学基金面上项目“含损伤先进复合材料格栅加筋结构苹祷硌芯子课题的重要研究内容之一,同时还得到中国运载火箭研究院十五攻关预研项目《先进复合材料格栅加筋结构的力学分析与优化设计》的资助。本论文主要研究工作如下:春喜牧螦结构优化设计混合遗传算法复合材料峁褂呕杓剖且桓龇窍咝杂呕侍猓掖嬖诙嘣际⒗肷⒑土变量并存等难点。基于这些难点,本文将遗传算法与单纯形法相结合提出了一种混合遗传算法,可以较快得到全局最优解。同时将遗传算法进行了改进,也对单纯形法中存在的若干问题给出了解决方案。优化目标为给定外载下使复合材料仓堑闹亓孔小,同时满足稳定性和应变约束条件。其中,对峁沟姆治鍪腔诘刃Ц斩饶P汀设计变量包括连续变量吖呛穸取⑿崩咂躺杞嵌和离散变量善て滩恪⒗吖歉叨取斜肋间距Mü杂形耷慷仍际筒煌咏钚问蕉杂呕峁挠跋旆治觯⑾终逦定性为控制仓墙峁拱踩ǘ鹊淖钪饕T际蛩兀雀裾そ峁乖诓嘌瓜率亲钣行春喜牧螦圆柱壳的鲁棒优化设计方法通常在制造过程中,对构件尺寸和位置都规定了公差,因此,在进行结构设计时有必要将这些因素考虑在内。为此,本文基于上述混合遗传算法提出了一种针对非完善复合材料仓堑穆嘲粲呕杓品椒ǎ笨悸橇擞呕勘旰驮际穆嘲粜浴NA简化运算过程,提高优化分析效率,通过敏度分析方法选取对优化结果影响较大的设计变量作为鲁棒优化设计变量疚侍馕@吖歉叨群托崩咂躺杞嵌。典型算例结果表明,鲁棒优化设计结果与传统确定性优化结果相比差别较大,表明鲁棒设计是很必要的。此外,仓嵌猿跏技负畏窃捕热毕莶幻舾小春喜牧先切尉窶加筋板/壳单元由于峁沟母丛有院屠吖峭细撸酝挠邢拊7治瞿P投即嬖诟髦植蛔恪本文构造了用于复合材料峁狗治龅母春喜牧先切尉窶加筋板/壳单元,之一。本文根据航天和航空飞行器中复合材料澹枪辜徒峁沟奶氐悖幼芴搴的结构形式。大连理工大学博士研究生学位论文
并推导了考虑几何大变形的非线性有限元列式。在构造过程中假定肋骨和蒙皮横向位移相同,但转角采用相同形函数分别插值,这样既保证两者变形协调性,又放松了肋骨转动的约束。在此单元中,肋骨放置的数量、位置和角度可以任意,为结构的单元网格剖分带来了很大的便利。通过算例计算结果对比,表明本单元具有较好收敛性能,并能够精确计算加筋结构的位移和面内应力,对于高肋格栅加筋结构表现出了独特的优越性。另外,基于该单元还对正交格栅加筋板和等格栅圆柱壳进行了特征值屈曲和后屈曲分春喜牧螦结构的损伤累积扩展分析由于复合材料峁顾鹕诵形5母丛有裕泄馗梅矫娴谋ǖ阑购苌佟1疚幕精细加筋单元模型提出了一种用于峁沟乃鹕似羰己屠┱狗治龇椒ā8梅椒ㄍ考虑了层内损伤和层间损伤,其中,层内损伤包括蒙皮纤维破坏、蒙皮基体开裂、,而层间损伤为蒙皮分层损伤。对于层内损伤采用材料常数退化准则:而对于分层损伤,提出了一种新的等效刚度退化准则。另外基于三角形单元提出了一种适用于薄板和中厚层合板的层间剪切应力有限差分计算方法。通过典型算例证明了该损伤模型用于峁狗治龅挠行裕⑾晗阜治隽酥行暮赘合材料正交各向异性格栅加筋曲板和光板在轴压下的损伤扩展机理和行为。春喜牧螦结构混合分析模型结合等效刚度模型和精细加筋单元模型构造了一种混合分析模型,即对于需要特殊研究的局部区域应用精细加筋单元离散,而在其他区域应用等效刚度板壳单元离散。这样不仅可以有效地分析峁沟木植苛ρ阅埽箍山档湍P突墓ぷ髁浚岣呒算效率。计算结果表明格栅形状、肋骨间距和高度对等效刚度模型计算结果精度有重要的影响,并通过对带孔复合材料蹇妆咛厥獾阌αχ档姆治觯魅妨嘶旌戏ǖ氖关键词:先进复合材料格栅加筋结构换旌弦糯惴ǎ宦嘲粲呕杓疲痪讣咏板/壳单元;损伤启始和扩展;分层损伤;层间剪切应力析。用限制。先迸复合材料格栅加筋结构优化设计与损伤分析
.;“,琣大连理工大学博士研究生学位论文”、,瞕.“琺,,,,瑃猣也.”.瓾瓵甀產甊—甀甌癟,琫,⑽鰐.
,,.,,..產先进复合材料格栅加筋结构优化设计与损伤分析,,甪/,.閍也...Ⅱ甮甈..