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《基于等效剛度矩陣的復(fù)合材料機翼盒段優(yōu)化設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、第43卷第4期2011年8月南Journalof京航空航天大學(xué)學(xué)報NanjingUniversityofAeronautics＆AstronauticsV01．43No．4Aug．2011基于等效剛度矩陣的復(fù)合材料機翼盒段優(yōu)化設(shè)計唐振杰李玉龍(西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院，西安．710072)摘要：通過剛度矩陣轉(zhuǎn)換，將復(fù)合材料層舍板等效成正交各向異性材料板，并采用beam單元模擬加筋桁條。將機翼盒段的蒙皮厚度和加筋桁條面積作為設(shè)計變量，機翼盒段的質(zhì)量作為目標(biāo)函數(shù)，運用多島遺傳算法和序列二次規(guī)劃算法相結(jié)合的優(yōu)化方法
2、，對多變量、多約束條件下的大展弦比復(fù)合材料機翼進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計．通過算飼分析，機翼的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)質(zhì)量下降了9．55％，優(yōu)化時間較短。關(guān)鍵詞：刖度矩陣；多島遺傳算法；序列二次規(guī)劃算法；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中圖分類號：VZl4．8文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1005—2615(2011)04．0521一05OptimizationDesignforBoxofCompositeWingBasedonEffectiveStiffnessMatrixTangZhe’tjie，LiYulong(sch001ofAeronauti
3、cs，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an。710072．Chi肌)Abstract：Basedonstiffnessmatrix，themodulusofcompositelaminateistranslatedtothemodulusoforthotropicplateandthestiffenersareidealizedasbeam．Inthemethodofcombiningmulti—islandgenet—icalgorithmwithseque
4、ntialquadraticalgorithm，thethicknessofpanelsandtheareaofstiffenersarere—gardedasdesignvariablesandtheweightoftheboxofcompositewingasobjectiVefunctiontodesignthestructureofahighaspect—ratiocompositewingwithmultiplevariablesandconstraints．Thenumeri—calexamp
5、leshowsthattheweightofthecompositestructureisreducedby9．55％andtheoptimizedtimeisrelativelyshorter．Keywords：stiffnessmatrix；multi—islandgeneticalgorithm；sequentialquadraticalgorithm；structuraloptimizationdesign復(fù)合材料因其比強度高、比剛度高、可設(shè)計性強等特點，在航空領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。為了使復(fù)合材料得
6、到充分利用，復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計越來越受到廣泛的重視。常楠等[1]基于有限元分析軟件PATRAN／NASTRAN建立適用于大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化系統(tǒng)，對復(fù)合材料機翼蒙皮進行優(yōu)化設(shè)計；穆朋剛等乜】基于蟻群算法對復(fù)合材料鋪層參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計；Liu等[3]基于遺傳算法和響應(yīng)面法采用二級優(yōu)化技術(shù)，對復(fù)合材料機翼結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。鑒于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)用有限元軟件分析時耗時較長，本文用Fortran程序?qū)?fù)合材料層合板等效成正交各向異性板，然后將等效剛度賦給相應(yīng)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進行計算，可以提高有限元分析效率，且采用b
7、eam單元代替shell單元模擬加筋桁條，也可以提高有限元的分析效率[‘]。這樣在優(yōu)化設(shè)計時可以節(jié)約時間，提高優(yōu)化效率。1復(fù)合材料層合板的等效剛度轉(zhuǎn)換在三維應(yīng)力狀態(tài)的單元體中，一般各向異性材料的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系式為‘5】收稿日期：2011一04—30；修訂日期：2011一06一07通訊作者：唐振杰，男，高級工程師．E—mail：13911163021@139．com．522南京航空航天大學(xué)學(xué)報第43卷引．《}-=吲【島JQ12Q13Q22Q23Q33Q2‘Q3‘Q2sQ35Q26Q36Ql。Q15Q16Q2
8、lQ25Q26Q3‘Q35Q36Q“Q45Q46Q15Q5sQ56Q46Q56Q66P。e，P。g，‘g=tgt，(1)對于正交各向異性材料，材料的彈性性能關(guān)于3個平面對稱，即有Q1。一Q，。=Q。。=Q：。=Q：。=Q26=Q34一Q35一Q36=Q45一Q16=Q56與汐，則剛度矩陣可以簡化為假設(shè)層合板的厚度為￡，共有Ⅳ層，第五層厚度為以(鞏=z·一z卜，)如圖1所示。則層合板的等效剛度矩陣為Ⅳ匝l，]=∑匝‘，]。礬肛(
