曹俊[1]2003年在《遗传算法及其在复合材料层合板设计中应用的研究》文中研究说明遗传算法是近年来飞速发展的一种通用性强，稳定性好，具有全局收敛性的优化方法。本文的主要目的是研究遗传算法的优化机理并将遗传算法应用到复合材料层合板的优化设计中，致力于发展一种无需依赖梯度信息和初始条件的新型的复合材料层合板优化设计方法。 本文在基本遗传算法的基础上首先研究了浮点编码遗传算法在数值优化中的应用，通过引进“移民策略”和自适应算子相结合的方法，改进了基本遗传算法在后期进化缓慢的问题，极大地减少了早熟性收敛的现象。其次，本文根据层合板优化设计的具体问题提出了一种符号编码方式，虽然优化参数的基因编码表达方式并不能改变优化问题的本质，但是不同的编码表达方式对于遗传算法搜索的效率和最终的优化结果有着重要的影响，因此优化参数的基因编码表达是遗传算法应用于工程问题中非常关键的一步。本文中的编码方式的思想简单直观，使用方便，易于进行遗传算法的交叉、变异操作，取得了令人满意的效果。 本文阐述了层合板强度分析的方法，通过和遗传算法相结合提出了一种不依赖于初始条件和梯度信息的新型的优化设计方法。同时针对强度优化的具体问题构造合适的适应度函数，并且通过采用“局部退化算子”和“自适应算子”相结合的方法较好地解决了基本遗传算法中常见的早熟性收敛问题。 泊松比是反映物体体积变化的性能参数，大部分材料的泊松比为正值且集中在0.3附近。本文通过对层合板泊松比和铺层角度关系的研究后指出，经过设计的层合板不仅可以具有超过1.0以上的正泊松比，还可以有负的泊松比，这种现象对于普通材料无法想象的。层合板这种特殊的性能在很多方面都可以有广泛的应用。应用遗传算法对层合板的泊松比进行优化设计的结果进一步证明了层合板具有特殊泊松比这一特殊的性能和设计的可操作性。 层合板的热膨胀系数是判断层合板热稳定性的重要指标，由于航空领域材料的特殊要求，零膨胀系数的材料是最为理想的。本文通过对层合板热膨胀系数的研究和设计，指出了过去常用的零膨胀系数的工程设计方法在精度上的不足，应用遗传算法进行优化设计的层合板更加接近真正意义上的零膨胀。另外应用遗传算法对由多种材料组成的层合板进行了零膨胀系数的设计，弥补了工程设计方法只能对由单一材料构成的层合板进行设计的不足。 复合材料层合板设计是一个涉及因素较多的多目标优化问题，由于多目标设计问题本身的特点——各个优化目标之间经常是相互制约的，在绝大多数情况下无法找到遗传算法及其在复合材料层合板设计中的应用研究满足所有优化目标的最优解，因此本文在常用的线性加权法的基础上，针对定系数加权法的不足，把权系数作为优化变量参与优化过程，提出了变系数的线性加权法。另外根据层合板的特点提出了构造了一种多目标优化函数的方法，利用遗传算法对层合板进行了优化设计，设计的结果表明，由于遗传算法特有的群体搜索的性质决定了遗传算法在多目标优化问题中具有特别的优势。
屈琼[2]2010年在《基于实验的复合材料层合板的界面损伤分析及界面力学性能研究》文中提出由于复合材料层合板(Fiber-metal-laminates)具有优异的抗疲劳和冲击力学性能，它已被广泛用于机身蒙皮等大型结构。由于生产方面的原因，层合板金属层中不可避免地存在接缝。实验表明，带接缝层合板的破坏往往起始于接缝处界面层的分层损伤和破坏，研究复合材料的界面力学行为对复合材料结构安全性评价非常必要。结合界面力学模型，可以对复合材料层合板的分层损伤进行数值模拟，但是针对实际结构如何给出合理的界面参数仍然存在困难，这是因为单一的实验测试往往不能准确的获得这些界面力学性能参数。本文基于复合材料层合板的实验结果，利用能够模拟复合材料分层破坏的界面有限元模型，将实验与数值计算相结合，通过反问题求解技术反演表征复合材料界面力学性能的参数。本文首先采用界面单元，结合双线性内聚力界面本构模型，对双接缝、单接缝和非对称接缝叁种形式层合板的界面损伤进行了数值模拟。研究表明，在无需预制裂纹的情况下,界面单元能够有效地模拟层合板接缝处分层的起始和沿界面层扩展的破坏过程。模拟结果发现界面强度和韧性参数是影响层合板力学响应的主要因素。其次，基于实验给出的层合板非线性力学响应，结合界面分层的有限元数值模拟，分别采用改进的遗传算法和径向基函数（RBF）神经网络两种典型的人工智能优化算法定量地反演出了该层合板的界面特征参数。在改进的遗传算法中本文增加了最优保存策略，并在进化过程中不断增大变异概率，避免识别过程过早收敛。为了克服遗传算法计算量庞大的困难，本文还采用叁种不同的函数设计的径向基函数（RBF）神经网络对界面参数进行识别。结果表明，广义的RBF函数神经网络对于本文的非线性问题有很强的泛化能力，它反演得到的层合板的界面参数与遗传算法的结果相当接近。最后采用该界面参数对层合板的分层破坏行为及层间应力进行了进一步分析讨论，结果表明，采用基于实验的杂交反演方法能够有效地研究复合材料层合板的界面力学性能。
方秀珍[3]2006年在《复合材料层合板稳定性的遗传算法优化设计研究》文中指出复合材料不仅是一种比强度、比模量高的材料，而且是在一定范围内可自由改变其性能的材料，以达到结构设计与材料设计的高度统一，充分发挥其效能。作为飞机结构的基本元件—复合材料层合板，通过优化铺层角的设计，可以较大的提高其承载能力。由于层合板不同角度的铺层顺序是离散变量，用传统的数学规划方法进行优化求解比较困难，而遗传算法可以求解离散变量的优化问题，所以遗传算法对于铺层顺序的优化设计有其明显的优越性。 本文采用遗传算法，针对不同约束、不同载荷、不同厚度和不同边长比的层合板，进行稳定性优化设计。本文的主要工作：首先，利用分区广义变分原理，建立复合材料加筋板位能方程；用FORTRAN语言编制了复合材料加筋层合板的稳定性程序，求解层合板屈曲临界载荷；利用ANSYS软件计算复合材料层合板的屈曲临界载荷，与自编程序计算的结果吻合；然后把这部分程序作为遗传算法中求解个体适应度函数部分的子程序，编制了遗传算法优化程序，并将算例结果与文献进行比较；通过遗传算法的优化程序，对复合材料层合板在不同边界条件、不同层数、不同加载方式、不同长宽比下的优化设计，以提高层合板的临界屈曲载荷。 本文初步得到以下结论： 1．用遗传算法容易达到优化设计目的，不用借助辅助信息，例如目标函数的导数或初始点的选择。遗传算法中用单点交叉算子，保证了样本空间的多样性，同时不易破坏好的个体。 2．从优化的算例可以看出，在提高层合板的临界屈曲载荷的约束下，影响层合板铺层顺序的因素有： (1)层合板的加载方式：在边界约束、长宽比和层合板厚度一定的条件下，纤维方向沿加载方向铺设时，有利于提高临界屈曲载荷。 (2)层合板的边界条件：在加载方式、长宽比和层合板厚度一定的条件下，边界条件限制较多时，沿加载方向铺设有利于提高临界屈曲载荷。 (3)层合板的长宽比：在边界约束、加载方式和层合板厚度一定的条件下，随着边长比的变化，铺层角也发生变化，但变化情况又因所加载荷而异。 (4)层合板的厚度：在边界约束、长宽比和加载方式一定的条件下，随着厚度的
丁继锋[4]2006年在《飞行器设计中的稳健设计方法研究》文中提出由日本的田口博士于上世纪80年代提出的稳健设计是一个低成本高效益的质量工程方法。稳健设计是在产品设计之初就综合考虑产品在制造和使用过程中可能存在的噪声因素,通过寻找一组可控因素的最佳水平组合,使产品的质量特性对噪声因素变化不敏感的一种设计方法。本文研究了目前进行稳健设计的两个主要方法——田口(稳健设计)方法和基于响应面的稳健设计方法以及它们在飞行器设计中的应用。 本文第一部分研究了田口方法的基本原理,并对其进行了改进以合理的处理带约束的优化问题。应用改进的田口方法,解决了复合材料层合板在一组服从正态分布的平面内载荷的作用下的稳健设计问题,得到对作用载荷的变化不敏感的复合材料层合板结构。 本文第二部分研究了基于响应面的稳健设计方法,总结了响应面法常用的试验设计、响应面模型以及稳健设计优化模型,并讨论了物理规划在稳健设计中的应用。之后重点研究了翼型设计中存在的非设计状态翼型性能急剧恶化的问题,提出了基于响应面的翼型稳健设计方法,并结合算例对不同的稳健设计优化模型进行讨论,得到了在马赫数变化范围内都能保持较高性能,对马赫数变化不敏感的稳健翼型。
赵艳雄, 何景武, 胡哲[5]2016年在《基于GEMGA的复合材料层合板结构优化设计研究》文中研究指明介绍了基因表达混乱遗传算法(GEMGA)及其在复合材料层合板结构优化设计中的实现方式,通过对槛梁采用复合材料的CJ828前机身舱门开口加强结构的优化分析,验证了此方法的有效性。GEMGA的染色体结构中基因值可以选择不同的数据类型,并且遗传算子以基因为基本单位进行转录、选择和重组等操作,便于对铺层数、铺层角度序列、单层铺层厚度及结构的几何尺寸等变量同时进行优化;通过引入"空层",可以在几乎不增加计算时间的情况下,实现对铺层数量和铺层角度的同时优化。因此,GEMGA在复合材料层合板铺层优化设计中具有良好的应用前景。
李根[6]2016年在《基于模拟退火算法的复合材料层合板屈曲优化》文中研究指明由于复合材料是一种比强度高、比刚度大、比模量高、材料性能可以设计的一种材料,因此复合材料在航空航天领域的应用越来越广泛,而作为飞机结构基本元件之一的复合材料层合板的研究,也越来越受到研究人员的关注。随着现代航空航天技术的发展,对飞行器的动力以及载荷的要求越来越高,因此对结构的稳定性提出了更高的要求,其中作为飞行器主要承载构件的复合材料层合板的结构优化设计是必不可少的研究方向。复合材料层合板各层的铺设角度以及铺层顺序的改变都会对结构的性能造成显着的影响,因此优化层合板各层的铺设角度以及铺层顺序使其稳定性达到最优在实际应用中有着重要的意义。由于复合材料层合板不同的铺层角度是离散变量,所以用传统的数学规划方法进行优化求解比较困难,而近年来受到广泛应用的模拟退火算法可很好的求解离散变量的优化问题,并且对于复合材料层合板铺层顺序的优化有明显的优越性。针对复合材料层合板稳定性分析和结构优化,本文做了如下研究工作:首先对复合材料层合板进行了稳定性分析。本文采用经典层合板理论结合稳定性理论推导出受单向压缩载荷和剪切载荷作用下的层合板临界屈曲载荷计算公式,并通过数值分析验证其计算的精确性。其次对本文所采用的传统的模拟退火算法进行分析与改进。为了避免概率接受造成的最优解丢失,在算法中引入记忆功能,并根据本文研究内容在算法内采用并行计算同时设置双阈值终止准则使得有效提高优化过程的收敛速度,避免优化过程中出现局部最优解。最后对复合材料层合板的稳定性进行结构优化。其中以临界屈曲载荷系数作为目标函数,选取复合材料层合板的铺设角度顺序作为设计变量,采用改进的模拟退火算法得出复合材料层合板的最优铺设角度以及铺层顺序,为实际应用提供依据。
吕永敏[7]2009年在《层合板弯曲层间变形与应力的两尺度耦合实验分析》文中提出热塑性复合材料AS4/PEEK层合板是一种广泛应用于航空航天的复合材料。研究该复合材料在弯曲载荷下的变形情况对于AS4/PEEK层合板的优化设计具有重要意义。针对热塑性复合材料层合板,将数字图像相关方法用于基于层间表面自然纹理的面内变形测量,在宏、细观五种不同测量尺度下,讨论了随机纤维斑点、测量尺度和子窗尺寸对数字图像相关测量误差的影响,提出各种测量尺度下的最优子窗尺寸。采用显微白光数字图像相关方法,研究了叁种不同铺层AS4/PEEK层合板,在弯曲载荷作用下宏、细观两尺度的自由边缘效应,并观测了层合板弯曲损伤的萌生和演化过程。实验表明:斜交层合板在跨中截面受拉测的15/-15层间有较大的层间切应变集中。采用数字图像相关与有限元耦合的方法,对层间附近的单胞区域应力场与应变场进行了分析,讨论了纤维的随机分布、PEEK基体塑性对层间细观应力、应变行为的影响。
参考文献：
[1]. 遗传算法及其在复合材料层合板设计中应用的研究[D]. 曹俊. 南京航空航天大学. 2003
[2]. 基于实验的复合材料层合板的界面损伤分析及界面力学性能研究[D]. 屈琼. 福州大学. 2010
[3]. 复合材料层合板稳定性的遗传算法优化设计研究[D]. 方秀珍. 东北大学. 2006
[4]. 飞行器设计中的稳健设计方法研究[D]. 丁继锋. 西北工业大学. 2006
[5]. 基于GEMGA的复合材料层合板结构优化设计研究[J]. 赵艳雄, 何景武, 胡哲. 强度与环境. 2016
[6]. 基于模拟退火算法的复合材料层合板屈曲优化[D]. 李根. 南昌航空大学. 2016
[7]. 层合板弯曲层间变形与应力的两尺度耦合实验分析[D]. 吕永敏. 天津大学. 2009