復(fù)合材料層合板穩(wěn)定性的遺傳算法優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、復(fù)合材料不僅是一種比強(qiáng)度、比模量高的材料，而且是在一定范圍內(nèi)可自由改變其性能的材料，以達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料設(shè)計(jì)的高度統(tǒng)一，充分發(fā)揮其效能。作為飛機(jī)結(jié)構(gòu)的基本元件—復(fù)合材料層合板，通過(guò)優(yōu)化鋪層角的設(shè)計(jì)，可以較大的提高其承載能力。由于層合板不同角度的鋪層順序是離散變量，用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法進(jìn)行優(yōu)化求解比較困難，而遺傳算法可以求解離散變量的優(yōu)化問(wèn)題，所以遺傳算法對(duì)于鋪層順序的優(yōu)化設(shè)計(jì)有其明顯的優(yōu)越性。 本文采用遺傳算法，針對(duì)不同約束、不

2、同載荷、不同厚度和不同邊長(zhǎng)比的層合板，進(jìn)行穩(wěn)定性優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文的主要工作：首先，利用分區(qū)廣義變分原理，建立復(fù)合材料加筋板位能方程；用FORTRAN語(yǔ)言編制了復(fù)合材料加筋層合板的穩(wěn)定性程序，求解層合板屈曲臨界載荷；利用ANSYS軟件計(jì)算復(fù)合材料層合板的屈曲臨界載荷，與自編程序計(jì)算的結(jié)果吻合；然后把這部分程序作為遺傳算法中求解個(gè)體適應(yīng)度函數(shù)部分的子程序，編制了遺傳算法優(yōu)化程序，并將算例結(jié)果與文獻(xiàn)進(jìn)行比較；通過(guò)遺傳算法的優(yōu)化程序，對(duì)復(fù)合材料層

3、合板在不同邊界條件、不同層數(shù)、不同加載方式、不同長(zhǎng)寬比下的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高層合板的臨界屈曲載荷。 本文初步得到以下結(jié)論： 1.用遺傳算法容易達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)目的，不用借助輔助信息，例如目標(biāo)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)或初始點(diǎn)的選擇。遺傳算法中用單點(diǎn)交叉算子，保證了樣本空間的多樣性，同時(shí)不易破壞好的個(gè)體。 2.從優(yōu)化的算例可以看出，在提高層合板的臨界屈曲載荷的約束下，影響層合板鋪層順序的因素有： (1)層合板的加載方式：在邊界約

4、束、長(zhǎng)寬比和層合板厚度一定的條件下，纖維方向沿加載方向鋪設(shè)時(shí)，有利于提高臨界屈曲載荷。 (2)層合板的邊界條件：在加載方式、長(zhǎng)寬比和層合板厚度一定的條件下，邊界條件限制較多時(shí)，沿加載方向鋪設(shè)有利于提高臨界屈曲載荷。 (3)層合板的長(zhǎng)寬比：在邊界約束、加載方式和層合板厚度一定的條件下，隨著邊長(zhǎng)比的變化，鋪層角也發(fā)生變化，但變化情況又因所加載荷而異。 (4)層合板的厚度：在邊界約束、長(zhǎng)寬比和加載方式一定的條件下，隨著