基于遗传算法的复合材料层合板修理方案优化

《基于遗传算法的复合材料层合板修理方案优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第3l卷第1期中国民航大学学报vo】．3lN。．1垫13年2月JOURNALOFCIVILAVIATIONUNIVERSITYOFCHINAFebmary2013基于遗传算法的复合材料层合板修理方案优化徐建新，杨维嫣，窦晨，李顶河(中国民航大学航空工程学院，天津300300)摘要：本文基于Matlab遗传算法，研究了复合材料层合板阶梯式挖补修理的参数优化问题。利用有限元分析软件MSC．PatrardNastran，建立了层合板阶梯式挖补修理结构的三维有限元分析模型．通过计算得到不同阶梯数和胶层厚度下的强度值与屈曲特征值。通过遗传算法

2、工具箱，将所得数据拟合得到适应度函数．对挖补阶梯数和胶层厚度进行多目标优化．得到最优修理参数集。关键词：遗传算法；阶梯修补；方案优化；复合材料中图分类号：TB331；V229文献标志码：A文章编号：1674～5590(2013)01—0076—06BasedongeneticalgorithmoptimizationforcompositelaminatedplaterepairprogramXUJian-xin，YANGWei-yan，DOUChert，LIDi，tg-^e(CollegeofAeromn血ical￡画neerin

3、g，CAUC，Tianjin300300，China)Abstract：BasedontheMalabgeneticalgorithms，theparameteroptimizationforthelaminatedcompositeplatewithasteppedre叫rwasstudied。UsingfiniteelementanalysissoftwareMSC．Patran／Nastran，athree—dimensionalfiniteelementanalysismodelisdevelopedforthelamina

4、tedcompositeplatewithasteppedrepair．Throughthegeneticalgorithmtoolbox，thedataobtainedwerefittedtothefitnessfunction，andmulti—objectiveoptimiza—tionofthestepnumberandtheadhesivethickness，thereasonablerepairsparameterssetareobtained．Keywords：geneticalgorithms；steppedrepa

5、ir；optimization；composite现代航空、航天器结构对重量系数的要求不断提高。减轻结构重量的途径之一是选择高性能材料和高效承载结构，复合材料层合板结构正是适合这种情况并广泛应用于飞机的机体结构、蒙皮和其他承力结构件中。由于复合材料在生产制造和使用过程中不可避免地会存在制造缺陷和造成损伤，因此，在使用过程中需要对其进行正确的维护和修理，以保持构件的良好状态。航空复合材料结构的损伤形式多种多样，如结构件的分层、脱胶、起皱、表面划伤、凹陷、冲击损伤和裂纹等。一种最有效并被广泛采用的复合材料修理技术是胶接法【1．3】，胶接

6、法有贴补、斜接式挖补和阶梯式挖补三种形式。已有大量的文献对复合材料层合板的胶接修理技术进行了研究帅。目前国内外对飞机复合材料结构修理研究主要侧重于校核其变形、疲劳、断裂IS，91等强度、刚度问题，但是稳定性问题也是复合材料结构修理必不可少的环节，否则修理后的结构是不可靠的。对于层合板结构的阶梯式挖补修理，工程上主要考虑的修理参数是挖补阶梯数和胶层厚度，不同的胶层厚度与挖补阶梯数会对修补后的层合板结构的强度和稳定性产生不同的影响，如何能获得最优的结构强度和稳定性，成为大家密切关注的问题。本文运用有限元分析软件MSC。Patran／Na

7、stran，对复合材料层合板结构阶梯式挖补修理的强度和稳定性问题进行了研究。建立了复合材料层合板结构的阶梯式挖补有限元模型，进行了强度和屈曲分析，并运用Mat—lab的遗传算法，对复合材料层合板结构阶梯式挖补的有限元分析结果进行优化处理，得到修理的最优参数集。收稿日期：2012-03—10；修回日期：2012—06-25基金项目：国家自然科学基金(60979001)；中国民航大学科研重大项目(cAuA2009zDO】01)；中国民航大学科研基金项目(2011KYE03)作者简介：徐建新(1967一)，男，江苏人，教授，博士，研究方向

8、为飞机结构疲劳强度、复合材料结构加工．第31卷第1期徐建新，杨维嫣，窦晨，等：基于遗传算法的复合材料层合板修理方案优化一77—1问题描述1．1几何模型复合材料层合板结构阶梯式挖补修理结构的1／4简化模型如图1所示。层合板的边界条件为：