数字化设计制造技术在直升机复合材料结构中的应用

本文论述了数字化设计与制造的基本概念,介绍了应用于复合材料结构数字化设计制造的相关软件,提出了复合材料结构数字化设计制造的主要内容及相关流程和应用实例。     

基于复合材料机翼刚度的铺层自由尺寸优化分析

复合材料层合板的优化设计对于提高飞机结构承载能力具有巨大的潜在意义,自由单元尺寸优化技术是对复杂的复合材料结构进行优化的有效方法。本文从复合材料机翼翼盒的翼尖刚度控制出发,对机翼壁板铺层进行了自由尺寸优化设计分析。研究表明：在给定的机翼翼尖变形约束下,自由单元尺寸优化方法能够快速准确地设计机翼翼盒的复合材料铺层比例和厚度,寻找到最优的主传力路径布置,以及获得最小重量目标。     

基于改进离散材料插值格式的复合材料结构优化设计

针对采用离散材料优化(DMO) 模型优化复合材料纤维分布时角度优化结果收敛率低的问题,将连续化惩罚策略与Heaviside惩罚函数引入传统DMO模型中,提出了一种改进的HPDMO (Heaviside Penalization of Discrete Material Optimization)模型,从而提高结构的收敛率。建立了复合材料单层板基于最小柔顺性设计的优化列式,给出了多种离散材料构成结构的灵敏度信息求解方法。分析比较了DMO模型、连续化惩罚模型和HPDMO模型对最终优化结果收敛率、目标函数、迭代历史的影响。数值算例表明,改进的离散材料惩罚模型不但可以显著地提高优化结果的收敛率,给出清晰的优化构型,而且可以通过较少的优化迭代步数实现这一结果,为纤维增强复合材料的优化设计在工程中的应用提供了新的技术手段。     

缝合复合材料单层板的弹性常数分析

根据缝合层合板的细观几何特征,考虑因缝线穿过纤维导致纤维弯曲的近似正(余)弦曲线情况,建立了反映缝合复合材料层合板细观结构形式的单层板有限元模型。在此模型的基础上分析了T700/QY8911缝合单层板的有效弹性常数,并与未缝合模型进行了比较。有限元模型和实例分析说明利用有限元途径分析缝合单层板的有效常数是切实可行的,同时为缝合层合板/壳的有关常数的有限元分析奠定了理论基础。     

神经网络在计算复合材料刚度退化中的应用

复合材料层合板的刚度退化相当复杂,并且是非线性的,目前缺乏足够的理论依据,很难按实际情况计算.本文从神经网络的角度出发,借助于神经网络的自适应性,通过对材料的实际载荷和实测应变值进行学习,使网络掌握其中各层的刚度变化规律.并且通过数值仿真和实验验证,证明此方法是完全可行的.     

复合材料加筋板结构的二级协同优化设计方法

针对复合材料加筋板结构的布局和铺层优化问题,发展了一种二级优化设计技术。第一级采用基于近似模型技术的布局优化方法,以筋条形式、个数、截面形状和铺层厚度作为设计变量,以结构质量最轻为目标函数,实现加筋板结构布局形式和截面尺寸的布局优化;第二级借助于等效弯曲刚度法和遗传算法,考虑层合板的制造和工艺约束,以层合板的各铺层角作为设计变量,以层合板弯曲刚度系数与上一级优化所给最优弯曲刚度系数之间的误差最小为目标,实现了复合材料加筋板在固定铺层层数下的铺层顺序优化;在二级优化的基础上,通过协调稳定性约束,实现综合优化。算例表明:采用二级优化设计方法,可以很好地实现复合材料加筋板的布局优化设计。     

旋翼复合材料桨叶弹性剪裁减振研究

通过调整桨叶复合材料大梁的铺层角及其展向分布,提出了SA349直升机马赫数相似模型旋翼桨叶的3种挥舞弯曲-扭转弹性耦合方案并进行了弹性剪裁分析。在分析中采用19自由度弹性耦合中等变形梁单元模型,以SA349直升机飞行状态2的气动力作为桨叶预定气动载荷,计算并比较了不同耦合方案的桨根与桨毂振动载荷,验证了弹性剪裁在直升机减振设计中的有效性。     

任意铺设复合材料矩形经典薄扁壳静力响应一般解析解

给出了复合材料扁壳结构解析求解新体系-新型复级数体系,以此首次建立了复合材料板壳结构一般解析解。数值计算验证了一般解的收敛性和稳定性。计算表明当扁壳曲率趋向0时层合扁壳解数值上逼近层合平板解数值。     

剪切理论与经典理论的对称角铺设方板弯曲解析研究

分别采用基于Reddy简化高阶剪切理论、一阶剪切理论和经典理论的对称角铺设矩形板横向弯曲一般解析解,计算分析四边固支对称角铺设层合方板在均布载荷下弯曲问题,讨论了横向剪切、铺设层数、铺设角、板厚对层合板内力矩和挠度的影响,概略分析了不同理论适用范围。引入了横向剪切效应参数,以反映横向剪切影响程度。文中给出数值算例,计算表明横向剪切效应与弯扭耦合效应存在交联。     

复合材料层合结构铺层顺序优化设计的免疫遗传算法

本文利用生物免疫系统对抗体浓度调节原理,提出了一种用于组合优化的免疫选择概率算子,同时考虑了抗体调节加权系数随搜索进行动态变化。对给定的复合材料层压板,以几何因子为优化对象,应用免疫遗传算法进行了铺层顺序的优化。应用四种不同遗传算法,对算例的优化结果进行了统计分析,结果表明:本文算法的成功率高,首次获全局最优解的迭代次数少,并能使种群收敛于全局最优解。