三种增强复合材料层合板抗屈曲优化分析

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1、第43卷第3期2013年5月航空计算技术AemnauticalC伽lputingTechniqIleV01．43No．3May。2013三种增强复合材料层合板抗屈曲优化分析庞华华1，GuoShijun2(1．中航工业第一飞机设计研究院，陕西西安710089；2．克莱菲尔德大学航空学院，英国MK430AL)摘要：基于单向轴压、压剪复合以及纯剪三种栽荷形式，对各向同性均质板进行拓扑优化分析，得到了相应的传力路径，即对应载荷条件下的材料分布；针对三种增强复合材料层合板：常规夹芯板、单向加筋板和非常规网格加筋板，运用Msc．N聃t砌语言，编写抗屈曲优化代码，采用大量有限元优化算例，求解了

2、上述增强复合材料层合板在给定裁荷条件下最优的抗屈曲结构效率，对比分析得出四种载荷形式下的最优增强形式，为飞机壁板类结构选型设计提供参考。关键词：增强复合材料层合板；增强形式；抗屈曲结构效率；拓扑优化；优化代码中图分类号：v214文献标识码：A文章编号：1671．654x(2013)03．0080．05oJ啦malAnalys姻of’rhr∞’IⅦ鹤forReinfbrcedC咖p髑溉Panelsagai璐tBuc如ngPANGHua．hual，GuoShijun2(1．尻rs￡舫嘶‰m讹，A啪，瓤’肌710089，饿M；2．却口n批m旷A饿lsp毗E，l百，le硎增，Cr口，批版

3、踟溉妙，肱融3oA￡，隧)Abst豫ct：T0polo舀calanalysesofiso咖picpanelshavebeenc删edouttoinvestigatetlIest“-fenerpat—temsandorientationsunderspecifiedtllreeloadingtypes：unidirectionalcompressive，compoundaIldpureshearloads，whileobtainingtlleloadpathswhichcanbete珊edasmateIialdistributions嬲weU．Bycrea—ting叩timizat

4、ioncodesinte肋sofemployingMSC．Nastmnpackagelanguage，alargenumberoffiniteel—ementoptimi枷onc鹊eshaVebeensimulated，andoptimalstmctureemcienciesagainstbuckling0faboVerejllfbrcedcompoSitepaIlelshVebeenachieved．Thebes￡stren昏henedpatte玎ls0ftllecompositepanelsaccordingtotllefbIlrloadingconditionshavebe

5、enpr叩osedbasedoncornparativeaIlalyses0ftheresults，whichc锄beutilized嬲referenceswhendesigningthewingpanelsofaircra矗s．Keyword_s：reir血rcedcompositepanel；g∞engthenedpattem；stmctureefficiencyagainstbuckling；topol—o西calanalysis；叩tiIIliz撕oncode引言随着航空复合材料结构件设计、制造水平的进步，使得高承力飞机复合材料结构的出现成为可能。然而要想彻底挖掘飞机复材

6、结构的优异潜能，针对不同载荷情况，除了对复材面板的铺层剪裁之外，设计恰当的增强方式也是至关重要的。在飞机部件中，对于传力路径较为单一的结构，屈曲往往是破坏的最终形式H]。本文将通过拓扑优化以及对三种复合材料层合板增强形式：常规单向加筋、夹芯与网格加筋的抗屈曲优化分析，来研究增强复合材料层合板最优的抗屈结构效率，为工程设计提供参考。在拓扑优化方面，GiuesFouc柚tet等人[21提出了拓扑网格约束方法，通过再混合方式将cAD模型转化为有限元模型，可保留有用的点线面特征元素。Iuspa等【31运用遗传算法对均质与复材长细结构进行了研究，该方法假设板的宽厚比不变。Qixia等H1通

7、过结构材料率定义、敏度分析以及建立H锄ilton—Jacobi方程，来优化结构材料性能，完成拓扑优化。在复合材料层压板屈曲问题的研究方面，Emem【5J针对各项同性材料板的不同加筋形式提出了一套优化算法，可以优化出加筋板的基本尺寸，如筋条间距与高度。Niu【61根据飞机的实际情况，给出了相应的工程设计方法，亦可获得加筋板的临界屈曲值。但是上述方法均未涉及增强复材板的屈曲优化。另有一些研究，如GuoShijun等人一1分析了带孔复合材料夹芯结构的屈曲现象，以及孔边应力集中与孔形状的