基于分层设计变量的复合材料层合板优化设计及灵敏度-宁波工程学院.PDF

第20 卷第2 期 工 程 力 学 Vol.20 No.2 2003 年 4 月 ENGINEERING MECHANICS Apr. 2003 文章编号 1000-4750(2003)02-060-07 基于分层设计变量的复合材料 层合板优化设计及灵敏度分析 赵国忠 高 剑 顾元宪 (大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室 工程力学系 大连 116024) 摘 要 在复合材料层合板的结构优化设计中 提出分层设计变量的优化方法以满足实际工程需要 在结构位 移 自振频率和屈曲临界荷载灵敏度分析中 给出了刚度矩阵对分层厚度和分层角度设计变量的灵敏度计算公 式 考虑了分层厚度变化引起层合板对称中心的改变 保证了计算准确性 数值算例验证了灵敏度算法的精度 应用实例显示了分层设计变量方法的实用性 关键词 复合材料 层合板 分层变量 优化设计 灵敏度分析 中图分类号 V214.8, TB114.1 文献标识码 A 1 引言 在优化设计和有限元模型中兼容了非对称铺层的 情况 这样一种优化模型 不仅解决了层合板分层 复合材料结构在工程中有着广泛的应用 复合 设计问题 而且提供了面向应用的通用性优化方 材料层合板结构的优化设计一直是重要的研究方 法 向 且由于复合材料特性和铺层方式多样性而存在 在结构优化算法的灵敏度分析中 本文研究了 特殊的困难 如文[1,2]采用解析方法研究复合材料 分层优化中结构位移 自振频率和屈曲临界荷载的 层合板的优化设计问题 文[3,4]采用遗传算法求解 灵敏度计算方法 其核心是刚度矩阵对分层厚度和 层合板的铺层优化问题 但是由于计算量的困难这 分层角度设计变量的导数计算 考虑了分层厚度变 些方法难以应用于复杂结构优化设计问题 文[5,6] 化对层合板对称中心的影响 给出了灵敏度计算的 研究了复合材料层合板的灵敏度分析和优化设计 准确公式 上述模型和算法在有限元分析和结构优 方法 但是以单层纤维铺设角和层合板中心面到第 化软件JIFEX[7] 中实现 文中数值算例验证了灵敏度 k层上表面距离作为设计变量 与工程实际不尽相 算法的精度 并给出一个静力 动力和屈曲约束综 符 如何建立合理有效的设计模型 是复合材料层 合的层合板结构优化工程实例 合板结构优化的一个重要问题 在实际工程设计中由于加工制造工艺等原 2 优化模型和求解方法及灵敏度分析 因 经常要求几个铺层的铺设角和厚度完全相同 结构优化设计问题可表示为如下的一般数学 我们称之为层合板分层设计问题 对此 本文提出 形式 一种分层变量优化设计方法 将复合材料层合板分 f X