复合材料加筋筒段压载荷承载能力优化

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1、第５卷第３期航空工程进展Vol畅５No畅３２０１４年８月ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGAug．２０１４文章编号：１６７４‐８１９０（２０１４）０３‐３７７‐０６复合材料加筋筒段压载荷承载能力优化田智亮，孙秦（西北工业大学航空学院，西安７１００７２）摘要：复合材料加筋筒段是航空航天领域广泛采用的结构构形，其结构形式决定了重量及承压能力。为了研究加筋筒壁的承载能力，分析筋条间距、筒段长度和四种典型工程筋条截面的影响；以结构轻重量为目标函数，结构临界屈曲载荷、筋条局部屈曲载荷为约束，采用梁轴惯性矩平移

2、模型，对复合材料筒壁０°、±４５°、９０°各铺层总厚度和筋条截面尺寸进行优化。结果表明结构轻重量设计中τ型桁条最有利，并得到其设计曲线，为工程设计应用提供参考。关键词：复合材料；加筋筒段；承载能力；优化；惯性平移中图分类号：V２１４．８文献标识码：ALoadCarryingCapacityOptimizationofCylindricalStiffenedCompositePanelunderPressureLoadTianZhiliang，SunQin（SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUni

3、versity，Xi’an７１００７２，China）Abstract：Thestructuralformsofcylindricalstiffenedcompositepanelsarewidelyusedintheaerospacefield．Theweightandpressurebearingcapacityaredeterminedbythestructurelayout．Inordertostudytheloadcar‐ryingcapacityofcylindricalstiffenedcompositepanel，theinfluenc

4、eofstringers’distance，panel’slengthandtypicalsections，theplythicknessof０°，±４５°，９０°andsectionsizingofstringerareoptimized．Thestructuralweightischosenasobjectivefunctionandthecriticalbucklingloadandlocalbucklingloadofstringerarecon‐straints．Theresultsshowthatτ‐sectionstringerismo

5、stfavorableinstructurallightweightdesign，andthede‐signcurvesareobtainedaswell．Theresultscouldprovidevaluablereferenceforprojectdesign．Keywords：composite；cylindricalstiffenedpanels；carryingcapacity；optimization；inertialtranslation方法的优化程序，在实验数据和有限元模拟的基础0引言上对复合材料加筋壁板进行优化设计。M．Lilli

6、‐［３］加筋筒段是航空航天领域广泛采用的结构形co采用稳定性优化软件VICONOPT对复合材式。近年来，复合材料大量应用于航空航天结构，料Z型加筋板的筋条截面尺寸和铺层进行优化。［４‐５］复合材料加筋筒段的设计显得尤为重要。对复合赵美英等采用基于MSC．Nastran的二次开发材料加筋筒段进行设计时，采用优化设计可得到理技术对复合材料加筋壁板铺层厚度、筋条间距进行［１］想的结构形式。TangQian等基于ANSYS与优化分析，但其优化方法只能针对截面相对简单的MATLAB软件，采用有限元与抽样调查算法相结筋条，且不能实现对筋条截面全部尺寸的优化，操合

7、的方法对复合材料圆筒的铺层方向进行优化分作也较繁琐。［２］析。R．Rikards等采用基于代理模型和响应面本文为了分析筋条间距、筒段长度和四种典型工程筋条截面对加筋筒壁承载能力的影响，首先将收稿日期：２０１３‐１０‐２０；修回日期：２０１３‐１１‐２５筋条间距和筒段长度离散为有限个值，选用典型工通信作者：田智亮，zhiliangtian４０１x＠１６３．com程筋条截面以研究其对承载能力的影响；然后采用３７８航空工程进展第５卷－优化算法，对每一种布局进行尺寸优化；最终得到yi≤yi≤yi（i＝１，⋯）；－相应的设计曲线。zi≤zi≤z－i（i＝１，⋯

8、）－式中：K为加筋筒段结构的刚度矩阵；G为加筋筒1优化模型段结构的几何刚度矩阵；x０、x±４５、x°９０为筒