复合材料加筋壁板的两步优化法

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1、第４５卷第２期航空计算技术Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．２２０１５年３月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＭａｒ．２０１５复合材料加筋壁板的两步优化法１２１１赵占文，ＬＩＵＷ，苏雁飞，谭申刚（１．中航工业第一飞机设计研究院，陕西西安７１００８９；２．ＣｒａｎｆｉｅｌｄＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＵｎｉｔｅｄＫｉｎｇｄｏｍ，ＭＫ４３０ＡＬ）摘要：通过采用辅助层压板和添加极小弹性模量材料的复合材料加筋壁板有限元建模方法，应用ＭＳＣ．ＰＡＴ－ＲＡＮ／ＮＡＳＴＲＡＮ的参数化建模与遗传算法相结合的复合材料加筋壁板的两步优化方法，对复合材料Ｔ型加筋壁

2、板进行了从２０００Ｎ／ｍｍ到６０００Ｎ／ｍｍ压缩载荷下的结构优化分析。提出的基于参数化模型和遗传算法的复合材料加筋壁板的两步优化法分为壁板级优化和层压板级优化两部分，在壁板级优化得到最优的结构尺寸参数，在层板级优化得到最优的层压板铺层顺序。关键词：复合材料；加筋壁板；辅助层压板；参数化建模；遗传算法；两步优化中图分类号：Ｏ２４２文献标识码：Ａ文章编号：１６７１-６５４Ｘ（２０１５）０２-００７９-０５BilevelOptimizationStrategyofCompositeStiffenedPanel１２１１ＺＨＡＯＺｈａｎ-ｗｅｎ，ＬＩＵＷ，

3、ＳＵＹａｎ-ｆｅｉ，ＴＡＮＳｈｅｎ-ｇａｎｇ（１．TheFirstAircraftInstituteofAVIC，Xi′an７１００８９，China；２．CranfieldUniversity，UnitedKingdom，MK４３０AL）Abstract：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｍｅｔｈｏｄｕｓｉｎｇａｕｘｉｌｉａｒｙｌａｍｉｎａｔｅｓａｎｄａｄｄｉｎｇｎｅｇｌｉｇｉｂｌｅｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈｉｎ－ｆｉｎｉｔｅｓｉｍａｌｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｅｔｏｍｏｄｅｌｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｉｆｆｅｎｅｄｐａｎｅｌ，ａｎｄａｂｉｌｅ

4、ｖｅｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｉｆｆｅｎｅｄｐａｎｅｌｂａｓｅｄｏｎｐａｒａｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇｉｎＰＡＴＲＡＮ／ＮＡＳＴＲＡＮａｎｄｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ．ＴｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅＴ-ｓｔｉｆｆｅｎｅｄｐａｎｅｌｓｕｎｄｅｒｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｌｏａｄｆｒｏｍ２０００Ｎ／ｍｍｔｏ６０００Ｎ／ｍｍａｒｅｏｐｔｉ－ｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅｂｉｌｅｖｅｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｗｏｐａｒｔｓ，ｔｈｅｐａｎｅｌｌｅｖｅｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｔｏｏｂｔａ

5、ｉｎｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｏｆｔｈｅｐａｎｅｌａｎｄｌａｍｉｎａｔｅｌｅｖｅｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｔｏｆｉｎｄｏｕｔｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｓｔａｃｋｉｎｇｓｅ－ｑｕｅｎｃｅｏｆｌａｍｉｎａｔｅｓ．Keywords：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｓｔｉｆｆｅｎｅｄｐａｎｅｌ；ａｕｘｉｌｉａｒｙｌａｍｉｎａｔｅ；ｐａｒａｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｂｉｌｅｖｅｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ引言弹性和刚度，从而可以通过有限元方法对复合材料加［５－７］筋板结构进行较精准的失效预测。复合材料加筋随着复合材料生产加工

6、能力的进一步提高，使得壁板的优化方法很多，尤以层压板参数法和遗传算法复合材料加筋板结构在飞机结构上的大面积应用成为应用较广，学者们应用这两种方法对复合材料加筋壁可能，著名的大型商用飞机Ｂ７８７和Ａ３８０的复合材料［８－１１用量均已超过了结构重量的５０％。对复合材料加筋板的稳定性和结构参数进行了大量的研究。壁板结构的优化设计和分析一直是飞机结构设计中的本文采用辅助层压板和添加极小弹性模量材料的热点和难点。复合材料加筋壁板有限元建模方法，应用ＰＡＴＲＡＮ／对于复合材料加筋壁板的研究主要集中在三个方ＮＡＳＴＲＡＮ的参数化建模和遗传算法相结合的优化方面：

7、结构失效载荷的公式化推导，结构失效的有限元模法，对复合材料Ｔ型加筋壁板进行了从２０００Ｎ／ｍｍ拟和预测，以及加筋壁板结构的优化分析。很多学者到６０００Ｎ／ｍｍ压缩载荷下的结构优化分析。应用Ｒｉｔｚ法、半能量法和能量原理对复合材料平板和［１－４］１有限元模型验证加筋板的线性屈曲和后屈曲的公式进行了推导，但是这些公式很难考虑到筋条对蒙皮的弹性支持，使１．１加筋板参数得应用显性化的方程精确计算复合材料加筋壁板的失选取两种形式的加筋板，加筋壁板的尺寸参数如稳载荷非常困难。有限元方法可以较好地模拟筋条的图１所示，其中，两根筋条的加筋壁板长度为５５０ｍｍ，收

8、稿日期：２０１４－１２－０１修订日期：２０１５－０３－０７作者简介：赵占文（１９８２－），男，甘肃陇西人，工程师，硕士，主要研究方向为飞