基于遗传算法的内固化芯模结构优化

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1、啥尔滨理工大学工学硕士学位论文3．2．1径向基函数方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．193．2．2克里格方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一203．2．3支持向量回归方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．213。3内固化芯模结构的响应曲面建模过程分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．223．3．1模型选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．223．3．2模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．223．3．3二阶响应曲面模型的分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。233．4响应曲面法的改进⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．243．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．25第4章基于遗传算法内固化芯模的优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．264．1遗传算法的基本思想⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．264．2遗传算法的基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．274．2．1编码⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯274．2．2选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．294．2．3交叉⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯304．2．4

3、变异⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3l4．2．5适应度函数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．314．3内固化芯模结构的优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．324．3．1优化过程分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．324．3．2优化结果仿真分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．364．33试验验证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯404．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．43结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯45攻读硕士学位期间发表的学术论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯48致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．49第1章绪论1．1课题来源及研究的目的和意义1．1．1课题来源黑龙江省自然基金(E201301)题为：复合材料管体热芯缠绕成型工艺过程建模及分析。1．1．2研究的目的和意义热固型复合材料壳体因其具有比强度高、比刚度大、容易成型和可设计等优点在航空航天、军事、民用工程、能源输送和压力容器等领域获得广泛应用，已经产生了巨大的经济价值和社会

5、效益【啦】。复合材料壳体是结构性能与工艺过程一体化的材料，其成型工艺过程直接决定了结构的最终性能和成本，当前制约复合材料应用和发展的主要瓶颈是材料性能和生产成本问题【3】。对于热固性复合材料壳体性能的改善，经历了成型工艺的转变，即从外固化成型工艺向内固化成型工艺的转变。传统的外固化成型工艺是将缠绕过程和固化过程完全分开进行的，经过缠绕工序缠绕成型的复合材料壳体需要转移到固化炉或热压釜里将固化过程完成。由于整个过程中需要经历拆卸、转移、安装等多个复杂的工序，因此生产效率相对低下。在固化过程中，利用空气热传导进行热量传递，传热效率低下且存在很大的热惯量，很难精确控制固化过程

6、中的温度。在这种情况下容易形成局部的温度堆积，是整个壳体固化程度不一致，使得成型后的复合材料壳体出现强度不均的问题，会严重影响壳体的性能。为了解决外固化生产工艺的诸多问题，内固化工艺被应用于复合材料壳体的缠绕成型生产之中。将蒸汽作为加热介质经过加热芯管通过到缠绕芯模的内腔之中，实现对芯模的加热【4】。在该工艺下，缠绕和固化两个工艺是在同时进行的，可以实现复合材料壳体的原位成型，同时又省去了外固化工艺中拆卸、转移、安装等中间环节，使缠绕成型的效率大大的提高。同时对复合材料强度不均的问题有了一定的改善。但是仍然会出现缠绕过程中温度分布不均的问哈尔滨理工大学J：学硕士学位论文

7、题。在本文中对有可能造成复合材料壳体缠绕成型的原因进行研究，在内固化成型工艺下，对缠绕用金属芯模进行改进使芯模表面温度分布更加均匀，进而使缠绕成型后的复合材料壳体各处的温度分布更加均匀。高压管道是日常生活中最常用的复合材料壳体，在本文中以筒形壳体内固化芯模结构为例，如图1．1所示。芯模内部结构如图l一2所示，从图中可以看出芯模是中空的圆柱形壳体，为了便于在缠绕、固化等工序完成便于脱模，将两端设计成有锥度的模型，芯模的长度是以需要加工的复合材料壳体的外形作为设计依据的。金属芯管是安放在芯模内部与芯模同轴的中空钢管，通常情况下，j岱管的一端会