丝束变角度层合板频率性能的参数化分析与优化

为有效设计丝束变角度(VAT)层合板的频率性能,首先基于纤维方向角的线性变化定义建立了VAT层合板参数化有限元模型,开展了VAT层合板频率性能的参数化研究;其次,基于纤维轨迹的周期性特征,对比分析了VAT层合板不同长宽比和厚度对频率性能的影响;最后,结合序列响应面方法,完成了不同边界下最优化VAT层合板频率特性的纤维轨迹参数设计。计算结果表明,VAT层合板的一阶频率基本不受纤维参考方向角影响,而优化纤维参考方向角能有效提高一二阶频率带隙;特征长度对频率特性的影响随长宽比增大而衰减;越薄的VAT层合板其频率特性受纤维轨迹的影响越大。研究结果为VAT层合板的频率性能设计提供了参考。

基于ABAQUS二次开发变角度层合板屈曲特性分析

基于ABAQUS二次开发,探究周期函数曲线纤维路径变角度复合材料层合板的屈曲特性。首先,以正弦曲线为基本参考路径为例,得到纤维角度的变化规律;然后,利用Python编写变角度复合材料层合板的有限元分析前处理程序,开发出ABAQUS交互式界面;最后,利用本文开发的GUI插件,对经典定角度和变角度层合板进行屈曲分析。结果表明,变角度层合板的屈曲载荷有很大提高,并且随着幅值参数A和周期参数T逐渐增大,一阶线性屈曲均是呈先增大后减小的趋势,因此基于铺层稳定性,参数应控制在相应的范围。采用Python对ABAQUS进行二次开发,从而实现变角度层合板的自动建模和计算分析,为实际工程研究提供了研究思路和流程,有一定的实践意义。

丝束变角度层合板屈曲性能的参数化研究

通过选择合适的纤维轨迹,丝束变角度(VAT)层合板相对于直纤维层合板能拥有更好的抗屈曲特性。为研究纤维轨迹特征长度和定向坐标系偏角对VAT层合板屈曲性能的影响,首先对原始的纤维角度线性变化方法进行改进,提出了一种纤维角度分段线性变化方法,拓展了纤维轨迹的设计空间;其次,采用改进后的纤维轨迹定义方法构建了一系列变刚度层合板;最后,基于有限元方法,从内力分布角度对变刚度层合板不同承载情况下的屈曲性能进行研究和探讨。数值结果表明:单向轴压工况下,采用半边长的特征长度和90°偏角的纤维轨迹,能使层合板的稳定性最好;双向轴压工况下,应将特征长度和定向坐标系偏角作为额外的设计变量,并通过优化获得最优的纤维轨迹。

基于差分进化算法的变角度纤维层合板优化

以变角度纤维的起始角、终止角和层合板的层铺顺序为设计变量,弯曲刚度为设计目标,优化变角度纤维层合板。在优化过程中,对应层铺顺序的设计变量通过实数编码和置换策略转换成整数变量,实现离散空间和连续空间之间的转换。由于离散变量和连续变量的优化进程差异,本文提出一种改进的自适应差分进化算法,对不同类型的优化变量采取不同的自适应变异算子。相关算例计算结果表明:无论是对层合板的局部优化还是全局优化,改进的自适应差分进化算法都比差分进化算法和自适应差分进化算法计算精度高、收敛速率快,同时可以有效避免“早熟”现象。对于变角度纤维层合板弯曲刚度优化问题,本文提出的改进的自适应差分进化算法是一种相对高效的可行方法。