多层黏弹性复合材料结构阻尼性能优化设计

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb．252011V01．32No．2265．270ISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：／／I,kxb．buaa．emcnhkxb《罾buaa眦cn文章编号：1000-6893(2011)02-0265-06多层黏弹性复合材料结构阻尼性能优化设计杨加明*，张义长，吴丽娟南昌航空大学飞行器工程学院，江西南昌330063摘要：针对多层黏弹性复合材料结构阻尼性能设计优化问题，运用能量法既考虑其面内应变能，又考虑其横向剪切应变能，建立其损耗因子的计算模型，并用实验方法验证其挠度函数的可行性。然后以多

2、层黏弹性复合材料结构的损耗因子最大化为优化目标，用改进遗传算法对其阻尼性能进行单变量和多变量优化设计。数值结果表明，应用遗传算法优化设计多层黏弹性复合材料结构阻尼性能效果明显。多变量优化设计的结果优于单变量优化设计，多层黏弹性复合材料结构的损耗因子由原始设计的0．184增大到优化设计后的0．287。关键词：复合材料结构；黏弹性层；阻尼；优化设计；遗传算法中图分类号：V214．8；TB33文献标识码：A目前，复合材料在飞机上的用量越来越大[1]，先进复合材料不仅具有比强度高和比刚度高的特性，还应该具有良好的阻尼性能。黏弹性复合材料结构是由复合材料层夹杂黏弹性材料层复合而成的一种结构形式。复合材

3、料层的各向异性及其可设计性，有利于发挥黏弹性材料的阻尼潜能，提高黏弹性复合材料结构的阻尼性能。黏弹性复合材料结构在飞机的机翼和直升机的旋翼中都有应用，其阻尼性能是由多个因素共同作用的结果，如结构的铺层顺序、长宽比等，对黏弹性复合材料结构进行优化设计可使结构发挥更好的阻尼性能。遗传算法具有强大的全局搜索能力，而且优化时不依赖于梯度信息，有很强的鲁棒性和通用性。随着计算机技术的发展遗传算法己广泛应用于复合材料结构的优化设计中Lz-3]。结构的阻尼性能可以用应变能的损耗因子来表示。Ungar等[4]从应变能的概念计算了复杂结构的损耗因子；Kristensen等[5]通过Timo—shenko梁理论

4、及二维有限元模型对带有约束阻尼层的复合材料梁的阻尼性能及损耗因子进行了分析；任志刚等【61考虑黏弹性材料特性的频率相关性，用模态应变能迭代法及复特征值迭代法求解黏弹性复合结构的频率及损耗因子；杨加明等[71运用Ritz法对四边夹紧约束下的多层对称黏弹性复合材料结构的应变能进行了详细的讨论和计算。本文运用改进遗传算法，以多层黏弹性复合材料结构的损耗因子最大化为优化目标，对该结构进行优化设计，以提高多层黏弹性复合材料结构的阻尼性能。1多层黏弹性复合材料结构损耗因子计算1．1应力-应变关系长为口，宽为b的多层黏弹性复合材料矩形结构，如图1所示。芯层为广义正交各向异性层收稿日期：2010．06．07

5、；退修日期：2010—06—24；录用日期：2010-08—09；网络出版时问：2010·11-1809：08网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／cletail／11．1929．V．20101118．0908．000．htmIDOI：CNKI：11-1929／V．20101118．0908，000基金项目：航空科学基金(2009zA56002)*通讯作者．Tel．：0791—3953393E-mail：yjm396@hob'nail．COrn荸l壤箍武I扬加明，张义长．吴丽娲．多层黏弹性复合材辩结搀阻尼性能佬亿设计[J]．航空学摄，2011．32(2)：265-270．Yang

6、Jiaming，zhangYicha／蚜．WuLijuan．Dampingoptimizationofcompositestmchreswithmu／tMnterleavedviscoelastic／ayers￡J]．觚协AeronaxaticaetAstronauticaSbTica，20，，，3242)：265-270．航空学报1，设其厚度为d。，材料主方向与2／"轴的夹角为0，；紧贴芯层两侧的为黏弹性各向同性阻尼层，其厚度为eo；上下表面为广义正交各向异性层2，设其厚度为d：，材料主方向与z轴的夹角为0。。噶T弋．式+噶’lJLOrthotropic2Viscoelasticlayer

7、翌r、rth^h。^；^1．一uIⅡ10ⅡoplclfViscoelasticlayerOnhotropic2Z’图1多层黏弹性复合材料结构Fig．1Compositestructureswithmulti-interleavedvisco-elasticlayers多层黏弹性复合材料结构板的挠度函数w(x，y)可用双重Fourier级数和梁振型函数表示为L81：MNw(x，y)=∑∑A。x。(z)y。(y)