基于最终失效强度的层合板结构的鲁棒优化分析

采用有限元方法分析复合材料层合板结构的最终失效强度 ,并以此对结构进行优化和鲁棒优化分析。层合板结构同时承受面内和面外载荷 ,每个单层板考虑基体失效和纤维断裂两种失效模式。当某一单层失效后采用比率退化法计算结构新的刚度 ,然后重新进行结构分析 ,直到求得结构的最终失效强度。以纤维方向角和层合板厚度作为设计变量 ,最终失效强度为目标 ,对结构进行优化。在此基础上 ,考虑了层合板结构的鲁棒优化分析。

基于最终失效强度的层合板结构优化分析

采用有限元方法分析了复合材料层合板结构的最终失效强度,并以此对结构进行了优化分析.层合板结构同时承受面内和面外载荷,每个单层板考虑基体失效和纤维断裂两种失效模式.当某一单层失效后采用比率退化法计算结构新的刚度,然后重新进行结构分析,直到求得结构的最终失效强度.以纤维方向角和层合板厚度作为设计变量,以最终失效强度为目标,对结构进行优化分析.

基于最终层失效的复材舱段可靠性分级优化

基于基体破坏和纤维断裂2种失效模式,采用验算点法求解复材单层可靠度。基于最终层失效假定,提出把结构看作由串联子系统组成的并联系统,结合材料刚度比率退化准则和单层可靠度理论,采用概率逐步失效分析方法,计算出主要失效链,从而得出结构的失效概率。复材舱段设计变量复杂,提出二级优化方法:一级为系统级布局优化,对加强筋截面形状、位置的确定等参数进行优化;二级为子系统级尺寸优化,对筋截面尺寸、复材各铺层厚度等参数进行优化。采用自适应随机搜索遗传算法,以复材舱段质量最小为目标函数,以可靠度要求为约束条件,对存在初始缺陷的复材舱段进行优化,为复材舱段优化设计提供参考。

复合材料层压板机械连接失效分析

以Tsai-Wu失效准则为损伤判据,Hashin分类准则为损伤类型判据,采用有限元软件及逐步失效处理方法,建立起层压板损伤发生、扩展过程仿真模型。针对复合材料层压板螺栓连接,采用刚度比率退化法,进行损伤处理及破坏过程数值模拟,求得层压板螺栓连接结构首层失效强度及最终失效强度。试验结果和分析计算一致,证实了该理论模型的有效性。

基于Hashin准则的单层板渐进失效分析

以Hashin准则作为复合材料单层板的失效判据,基于材料的参数退化准则,并考虑单层板的累计损伤,利用渐进失效分析方法对受单向拉伸的[0]16单层板进行损伤数值分析。数值分析结果与实验结果相当吻合,表明该方法预测单层板的损伤失效比较准确。在此基础上,运用该方法对含圆孔单层板的单向拉伸破坏进行了失效扩展仿真分析,计算了不同单层板的初始和最终失效载荷,揭示最终失效载荷与铺层角度的关系,这对进一步认识复合材料的失效机理有着重要的意义。

复合材料层合板的极限强度分析与可靠性优化设计

研究层合板结构基于最终层失效准则的可靠性分析方法,在此基础上,对复合材料层合板可靠性优化设计的方法和算法进行讨论。层合板作为一个系统考虑,其可靠性分析含以下几个步骤:(1)随机载荷和强度参数作为随机变量,利用一次二阶矩法(first order reliability method,FORM)分析单层板的失效概率。(2)假定失效概率最大的单层板首先破坏,然后通过修改刚度矩阵对结构进行再分析,得到剩余结构各单层板的失效概率,从而建立主要失效序列。(3)计算系统的可靠度。在确立复合材料基于最终层失效准则的可靠性分析方法的基础上,以系统可靠度指标最大为目标,研究层合板的可靠性优化问题。建立和发展基于最终层失效准则的复合材料层合板可靠性优化方法以及相应的算法,并对比讨论单变量和多变量优化设计问题。

纤维复合材料的可靠性优化研究

采用遗传算法分析有初始缺陷的层合板的可靠性优化问题。初始缺陷、强度参数为随机变量,采用一阶矩法分析单元层的可靠性,每个单层板考虑基体破坏和纤维断裂两种失效模式,系统失效概率的计算基于最终层失效理论。以纤维方向角和层合板厚度为设计变量,系统可靠度最小为目标,采用遗传算法计算优化问题。数值算例说明方法的有效性,分析不同失效理论时的最优解。

基于最终层失效的复合材料舱体稳健性协调优化

传统可靠性设计难以符合现代设计要求,对舱体进行稳健性优化设计,可提高其综合可靠性。基于基体破坏和纤维断裂两种失效模式,采用验算点法求解复合材料单层可靠度。基于最终层失效假设,提出把结构看作由串联子系统组成的并联系统的思想,结合材料刚度比率退化准则和单层可靠度理论,采用概率逐步失效分析方法,计算出主要失效链,从而得出结构的失效概率。复合材料舱体设计变量复杂,提出二级优化方法思想:一级为系统级布局优化,对加强筋截面形状、位置确定等参数进行优化;二级为子系统级尺寸优化,对筋截面尺寸、复合材料各铺层厚度等参数进行优化。采用自适应随机搜索遗传算法,以复合材料舱体质量最小为目标函数,以可靠度要求为约束条件,采用稳健性协调优化方法,对存在初始缺陷的复合材料舱体进行稳健性优化,为复合材料结构优化设计提供参考。