含初始缺陷复合材料格栅加筋圆柱壳的鲁棒优化设计

针对复合材料格栅加筋圆柱壳具有多约束、连续变量和非连续变量混合的特性,基于复合材料中厚圆柱壳体的非线性稳定性理论,考虑优化目标和约束鲁棒性,采用混合遗传算法,提出了一种非完善复合材料格栅加筋圆柱壳的鲁棒优化设计方法.应用正交设计理论确定主要的鲁棒优化设计变量,简化了运算过程,从而提高了优化分析效率;同时又采用五点差分格式代替梯度运算,解决了在优化计算过程中不可求导的问题.通过典型算例表明,鲁棒优化设计所得到的优化分析结果与传统确定性优化方法相比差别较大,此外壳体的初始缺陷亦将对优化结果产生很大的影响.

先进复合材料格栅加筋圆柱壳体稳定性分析

基于精细三角形Mindlin板单元构造了用于先进复合材料格栅加筋圆柱壳体稳定性分析的三角形复合材料加筋平面壳单元.肋骨和蒙皮采用了相同位移插值形函数,保证两者变形协调性的同时,又放松了肋骨转动的约束.肋骨放置的数量、位置和角度可以任意,为结构的单元网格剖分带来了很大便利.通过算例验证了该协调独立转角加筋板壳单元的有效性,特别是在分析高肋格栅结构时有较高的精度.最后分析了内外加筋形式对等格栅加筋柱壳稳定性的影响.

先进复合材料格栅圆柱壳优化设计的混合遗传算法

复合材料格栅加筋结构优化设计是一个属于多工况、多约束、连续变量和非连续变量混合的优化问题。对遗传算法与单纯形法作了相应的改进, 利用外罚函数法将受稳定性约束和应变约束的多约束优化问题转化为无约束优化。在此基础上, 提出了一种遗传算法与单纯形法相结合的混合遗传算法, 通过与其它文献结果和传统遗传算法结果对比, 证实了混合遗传算法的有效性。以受均匀侧压时复合材料格栅圆柱壳优化设计为例,分别讨论了不同格栅类型和有、无强度约束时的优化结果。分析表明, 整体稳定性是控制该结构安全度的最主要约束因素。本算法具有高效和方便的特点。

格栅加筋土挡墙数值分析的复合材料方法

格栅加筋土挡墙由面板、格栅和填土组成,其结构特性一直是工程界关注的焦点。基于自洽理论和应变相容观点建立筋土复合材料力学模型,用来模拟格栅及其周围一定厚度的土体,依此对一台阶式格栅加筋土挡墙的结构特性进行有限元分析,并与大尺度模型试验测试结果进行比较。研究表明,该方法计算结果和模型试验测试结果在趋势上和数值上都表现出较好的一致性。

冲击后含损伤复合材料格栅加筋板的后屈曲

采用数值分析方法研究了冲击后含损伤的复合材料格栅加筋板的后屈曲特性。基于Mindlin一阶剪切理论和Von Karman大挠度理论,建立了冲击后蒙皮内含分层损伤复合材料格栅加筋板后屈曲分析的有限元方法;分析中同时考虑了蒙皮和肋骨中纤维断裂、基体开裂等损伤累积造成的刚度的退化和蒙皮分层子板间的闭合接触效应,为含损伤复合材料格栅加筋板的后屈曲特性研究提供了一种有效的数值分析方法。分析结果表明,蒙皮分层面积较大时,格栅加筋板出现蒙皮分层上子板的局部屈曲后仍然具有较强的继续承载能力,而在后屈曲分析中,应考虑损伤累积对格栅加筋结构承载能力的影响;采用非线性虚拟界面元可成功处理分层子板间的闭合接触效应。

先进复合材料格栅加筋板的总体稳定性分析

通过建立复合材料格栅结构单元的基本力学假设和分析模型,推导了一种新的等效刚度计算方法,用于分析复合材料格栅加筋板的总体稳定性。该方法充分考虑了筋条和面板的相互作用和中面偏移效应,并具有通用性。结合Rayleigh-Ritz能量近似法,推导出了求解加筋板总体屈曲载荷的通用特征方程;分析了多种算例,并与修正平铺法进行了比较,结果吻合得很好。

复合材料纵横加筋圆柱壳自由振动分析

使用能力法分析了两端简支复合材料纵横加筋圆柱壳的自由振动特性,从Love’s理论出发,分别计算壳体面板和纵横加筋结构的应变能和动能,在计算加筋结构应变能和动能时,将加筋结构的作用影响平均在整个壳体区域。然后代入Lagrange方程得到频率方程。通过比较,计算方法所得到的结果与文献比较吻合。采用平均法计算的结果比采用离散方法计算的结果偏小。还研究了壳体和加筋结构参数的变化对圆柱壳自由振动频率的影响。

复合材料格栅加筋板布局优化设计

采用遗传算法在总体屈曲约束条件下对复合材料格栅加筋板进行布局优化设计。采用一种参数化的平铺等效刚度计算方法,用于分析格栅加筋板的总体屈曲。最后通过有限元分析对优化结果的有效性进行验证。设计变量为轴向和横向的筋条间距、筋条高度和厚度,筋条的布局。该方法适用于在给定板的全部可选尺寸参数,面内设计载荷,边界条件,材料属性条件下,对复合材料格栅加筋板进行质量最轻的布局优化。

新的复合材料格栅加筋板的平铺等效刚度法

针对薄壁复合材料格栅加筋结构的受力特点,在改进原有力学假设的基础之上,推导了一种新的平铺等效刚度计算方法,它充分考虑了筋条和面板之间的相互作用．通过格栅单元结构布局形式的参数化表示,建立了通用的力学分析模型;该模型可用于分析各种结构布局形式和面板铺层方式下的结构总体屈曲问题,故对于航空航天结构设计非常有用．结合Rayleigh-Ritz方法,推导出了求解格栅加筋板屈曲载荷的通用线性特征方程;最后,分析了多种类型格栅结构的算例,并与现有的各种方法进行了比较,结果更为精确,因而对格栅加筋结构的优化设计具有很好的应用价值．

复合材料纵横加筋圆柱壳自由振动分析(英文)

使用能量法分析了两端简支复合材料纵横加筋圆柱壳的自由振动特性,从Love’s理论出发,分别计算壳体面板和纵横加筋结构的应变能和动能,然后代入Lagrange方程得到频率方程。通过比较,文中的计算方法所得到的结果与文献比较吻合。采用平均法计算的结果比采用离散方法计算的结果偏小。最后还研究了壳体和加筋结构参数以及静水压力的变化对圆柱壳自由振动频率的影响。文中利用平均法来处理加筋结构,简化理论推导并减少了计算。

复合材料格栅结构扁球壳的外压稳定性分析

采用有限元法分析均布外压作用下复合材料扁球壳结构的屈曲和后屈曲行为,讨论了铺层顺序等对屈曲及后屈曲行为的影响,在此基础上提出扁球壳体的格栅加筋方案并进行优化设计。结果表明,该格栅加筋方案可有效提高此类结构的抗屈曲能力,可供飞机结构中复合材料后压力框等类似部件的设计参考。

复合材料格栅加筋板的分层扩展特性

采用有限元方法对低速冲击后蒙皮内含有不同分层形式的复合材料格栅加筋(AGS)板的分层扩展行为进行了数值模拟。采用虚裂纹闭合技术计算分层前缘的总能量释放率,并以总能量释放率准则作为分层扩展判据,结合自适应网格移动技术,分别研究了在压缩载荷作用下,蒙皮内具有圆形和椭圆形分层的复合材料格栅加筋板的分层扩展过程。数值研究结果表明:分层深度的变化导致了AGS的分层扩展特性十分复杂,它与分层深度、初始分层尺寸、蒙皮和肋骨的刚度比、后屈曲变形模式等因素都密切相关。本文结论对AGS的承载能力预测及优化设计具有一定的参考价值。

轴向冲击下环向加筋复合材料圆柱壳的非线性动力响应

采用半解析的方法,建立离散加筋圆柱壳模型,基于复合材料多层扁壳大挠度的剪切变形理论,利用Ham ilton原理导出环向加筋复合材料圆柱壳的非线性运动控制方程;用Galerk in方法对空间变量进行离散,将位移和载荷展开为双级数,得到有关时间的常微分方程组,最后采用R-Kutta方法数值求解.通过算例,讨论了加筋肋骨几何参数、铺层角度、辅层方式、铺层层数等因素对动力响应的影响。

加筋复合材料圆柱壳的屈曲和初始后屈曲的研究

本文分析了筋和壳的儿何参数及壳的铺层对纵向或环向密加筋的复合材料层合圆柱壳在轴压和侧压下的稳定性和初始后屈曲性能的影响。初始后屈曲分析基于Koiter理论。对几种不同几何参数、壳体铺层和载荷情况的加筋壳的计算表明:在所有情况下,外加筋比内加筋更有效地提高了屈曲载荷;复合材料壳的加筋效率一般都高于各向同性材料加筋壳;壳体的铺层对屈曲和初始后屈曲性能有很大影响。

整体编织加筋碳/环氧复合材料圆柱壳压缩试验

进行了整体编织复合材料圆柱壳轴压试验。实时记录载荷与多点变形曲线,测试蒙皮和加筋梁翼缘的应变,监测加载过程声发射信号,捕获破坏瞬态红外照片。测试结果显示:整体编织加筋碳/环氧复合材料具有较高的破坏强度,蒙皮和加筋梁翼缘腹板斜断口破坏,呈现脆性材料特征。

基于Reddy型三阶剪切变形理论的复合材料加筋圆柱壳的屈曲计算

为精确地分析中厚和厚加筋圆柱壳的屈曲,基于Reddy型三阶剪切变形理论建立了一种新的复合材料加筋圆柱壳屈曲问题分析模型。该模型中的面内位移为三阶函数,能够自然满足壳的自由表面条件,不需要额外引入剪切修正系数。基于能量原理推导了受轴、侧压作用的复合材料加筋圆柱壳的屈曲控制方程,并针对典型算例进行了求解。在算例分析部分通过与参考文献解对比证明了解的准确性,讨论了结构布局对承载能力的影响,研究了不同设计参数下解与经典一阶理论解之间的异同,证明了当径厚比较高时,解与一阶理论解存在显著差异。考虑到模型的位移场阶数较高,比一阶理论更加贴近实际,因此建议对于具有较高径厚比的复合材料加筋圆柱壳采用模型进行计算以提高计算精度。

基于高阶理论的加筋复合材料夹芯结构屈曲有限元模型

加筋复合材料夹芯结构由于面板与夹芯层的力学性能差异较大,层间剪切变形明显,层间剪切应力对结构的屈曲特性影响非常明显.此外筋条与面板之间横向剪切变形也会显著地影响加筋夹芯结构的屈曲特性.因此,需要发展一种能准确计算面板与芯体之间、筋条与板之间横向剪切应力的模型来分析复合材料加筋夹芯结构的屈曲特性.文章推导了正弦型整体-局部高阶剪切变形理论,该理论满足面内位移、横向剪切应力连续条件和自由表面条件,并且未知量个数独立于加筋夹芯板的层数.基于此理论,结合离散的Kirchhoff三角形单元(DKT单元)构造了正弦型整体-局部高阶三角形板单元(SGLT),该单元满足面内位移在厚度方向的锯齿分布和横向剪切应力层间连续性条件,并通过两个数值算例验证了模型的准确性.随后评估了金属面板加筋夹芯板和复合材料面板格栅加筋夹芯板在各种几何、材料参数和边界条件下的屈曲特性.数值分析结果表明,建立的有限元模型能准确地预测加筋复合材料夹芯结构的屈曲行为.并且相较于三维有限元模型,建立的模型具有更高的计算效率.

复合材料格栅结构稳定性分析

推导了复合材料层合壳单元和层合梁单元的切线刚度阵,并给出用于复合材料格栅结构分析的梁壳刚度阵,建立了相应的复合材料格栅壳体结构有限元模型,并对其特征值稳定性的计算进行了研究。考虑了单元剖分大小对结构屈曲临界力和模态波形图的影响,并结合实际情况分析了边界条件变化对结构屈曲稳定性的影响,为工程中复合材料格栅结构的设计提供了有益结论。

复合材料加筋壳稳定性研究

本文根据复合材料加筋壳的材料特性 ,获得了环肋、纵筋、斜筋和三角形网格加筋壳的广义刚度系数 ,从而将圆柱壳与加筋壳的稳定性问题统一起来。并利用Donell壳体理论 ,推导了在外压作用下 ,复合材料加筋圆柱壳总体失稳的临界压力公式。