复合材料薄壁加筋板结构-分析和优化设计

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1、复合材料薄壁加筋板结构分析和优化设计目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．IAbstract⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．。U1绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．1研究背景及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2复合材料薄壁加筋结构的力学特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31．3复合材料薄壁加筋结构优化设计研究进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯71．4本文主要研究工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯92．含cohesive粘结单元的复合材料薄壁加筋板筋元的有限元分析⋯⋯⋯⋯⋯l12．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ll2．2复合材料板壳理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．132．3cohesive内聚力粘结单元⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．152．4刚度退化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．192．5屈曲分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．202．6试验件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．222．7

3、复合材料薄壁加筋板有限元分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．242．7．1引入初始缺陷的复合材料薄壁加筋板有限元分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．242．7．2引入刚度退化的复合材料薄壁加筋板有限元分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．282．7．3考虑cohesive内聚力单元的复合材料薄壁加筋板有限元分析⋯⋯⋯．．332．8本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一403基于代理模型的复合材料薄壁加筋板筋元优化设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4l3．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4l3．2参数化设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．433．3Kriging代理模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯433．4多岛遗传算法(MIGA)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一493．5复合材料薄壁加筋板优化设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5l3．5．1复合材料薄壁加筋板筋元的尺寸布局优化设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．513．5．2复合材料薄壁加筋板筋元铺层的优化设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6l3．6本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．654结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．

5、66参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯67大连理工大学硕士学位论文攻读硕士学位期间发表学术论文情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。72致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯73大连理工大学学位论文版权使用授权书⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。74大连理工大学硕士学位论文1绪论1．1研究背景及意义现代飞行器的竞争主要集中于降低直接航运费，燃料的消耗是直接航运费的主要组成部分，而降低燃料消耗直接可行的方法就是减轻飞行器的重量。早期的飞行器结构大部分是铝合金，复合材料薄壁加筋结构的使用使得飞行器的减重有了很大的空间。

6、由于复合材料层合板壳结构比刚度高、比强度高以及其他优良特性，通过设置加强筋又可进一步提高结构的承载能力，使得该结构成为现代航天航空结构的主要结构形式之一[1l。为此，世界各国纷纷开展了对复合材料薄壁加筋结构的研究，以推动其在航天航空的应用。2000年，欧盟为了实现飞行器机身结构减重20％的目标，先后启动了两个研究计划POSICOSS(ImprovedPOstbucklingSimulationforDesignofFibreCOmpositeStiffenedFuselageStructures)和COCOMAT(ImprovedMATerialExploitationatSaf

7、eDesignofCOmpositeAirframeStructuresbyAccurateSimulationofCOllapse)，其结合了企业、研究所、大学和软件公司等十余个单位的力量，对复合材料薄壁加筋结构进行了系统的研究【2】。复合材料薄壁加筋结构在飞机上的应用从承载不大的简单零件，如口盖、舱门等，逐渐发展到受力复杂的承载零件，如机翼、中央翼盒、机身等【3】。早期的铝合金机身结构将逐渐被复合材料薄壁加筋结构取代，如图1．1所示。复合材料设计的灵活性使得复合材料薄壁加筋结