基于遗传算法的复合材料泡沫夹层板铺层优化设计

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1、第4卷第2期2013年5月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．4NO．2May2013文章编号：1674—8190(2013)02—182—04基于遗传算法的复合材料泡沫夹层板铺层优化设计韩庆，王广博，钟小平，金朋(西北工业大学航空学院，西安710072)摘要：机翼中泡沫夹芯结构的使用可以有效降低结构元件的重量，因此对复合材料泡沫夹层板的优化设计研究显得十分重要。基于遗传算法设计可以同时进行铺层角度和铺层厚度的优化算法，在该优化算法中采用分区优化技术及浮点数编码对铺层角度和铺层厚度设计变量进行设计。使用上述优化方法对复合材

2、料机翼盒段泡沫夹芯蒙皮进行铺层优化设计，优化后的翼盒重量比优化前降低了38．2％。优化结果表明对复合材料机翼盒段夹芯蒙皮的优化设计可以有效地降低重量，为泡沫夹芯结构的使用提供一定的参考。关键词：复合材料；泡沫夹芯；夹层结构；优化设计；遗传算法中图分类号：V214．8文献标识码：APlyOptimizationDesignofFoamSandwichCompositePanelBasedonGeneticAlgorithmHanQing，WangGuangbo，ZhongXiaoping，JinPeng(SchoolofAeronautics。NorthwesternPolytechnicUn

3、iversity，Xi’an710072，China)Abstract：Theuseoffoamsandwichinwingstructurecanreducetheweightofstructure．Sotheoptimizationoffoamsandwichcompositeisimportant．AnoptimizationalgorithmisdesignedtOoptimizeangleofplyandthick—nessofpliessimultaneouslybasedongeneticalgorithm．Inthearticletheregiondivisiontechni

4、queandthefloat—ing—pointcodearetakeninthepreviousoptimizationdesign．Theoptimizationoftheplydesignofthefoamsandwichskinofthecompositewingstructureisaccomplishedthroughthepreviousoptimizationmethod．Theoptimalresultisthattheweightisreducedby38．2％．Theresultshowsthattheweightwillbereducedbytheoptimalmet

5、hod．Themethodisofcertainreferenceforthedesignoffoamsandwichstructural．Keywords：composite；foamsandwich；sandwichstructure；optimizationdesign；geneticalgorithm0引言复合材料夹层结构通常采用先进的复合材料做面板，采用轻质材料做夹芯。夹层结构的弯曲刚度性能主要取决于面板的性能和两层面板之间的高度，高度越大其弯曲刚度越大。夹层结构的芯材主要承受剪应力并支持面板不失去稳定性[1]，而对夹层面板的优化设计可以有效地减轻其重量。目前，在复合材料层合板优化

6、方面有层合板等强度优化设计方法[2]、基于遗传算法的铺层顺序优收稿日期：201203—10；修回日期：2012-04—05通信作者：王广博，wgb5211@163．com化口]、分区分级优化法[4]、分两步分别优化铺层数和铺层顺序[51等。通过上述优化方法获得的优化结果并不同时满足铺层角度和铺层厚度的结果，不是最优的结果，而本文基于遗传算法进行优化算法设计，该算法可以同时进行复合材料铺层角度和铺层厚度的设计。1复合材料机翼蒙皮的区域划分考虑加工工艺的可行性及减重目标，将复合材料夹芯层合板沿展向划分为五个不同区域，如图1所示。各个设计区域内的单元使用同一套设计变量，各分区的上下面板由翼根到翼尖

7、逐渐变薄，而芯材的厚度可以不受这样的限制，上述的上下面板第2期韩庆等：基于遗传算法的复合材料泡沫夹层板铺层优化设计183均采用对称铺层。同时进行不同设计区域的铺层角度和铺层厚度的优化设计。为了改善机翼蒙皮的损伤容限和保持外表面层连续光滑，蒙皮的外表面采用织物进行铺设。图1机翼有限元模型FiniteelementmodelOfwing2基于遗传算法的优化设计2．1编码B．Malott等一63采用二进制编码对夹芯