本文關鍵詞：基于可靠性的復合材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性設計

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【摘要】：先進復合材料由于重量相對金屬材料低,其剛度和強度性能優(yōu)異,廣泛的應用于航空航天領域。復合材料層合板結(jié)構(gòu)對于其鋪層厚度、環(huán)境載荷和鋪層角度的變化十分敏感,為了保證結(jié)構(gòu)的安全性,用結(jié)構(gòu)可靠性作為結(jié)構(gòu)設計的限制條件,是近年來主要研究和探討的問題。但結(jié)構(gòu)在實際生產(chǎn)和使用中產(chǎn)生的誤差與變化對結(jié)構(gòu)可靠性也會產(chǎn)生一定的影響,為了使結(jié)構(gòu)對這些誤差不敏感,可以對復合材料結(jié)構(gòu)進行穩(wěn)健性設計使優(yōu)化的結(jié)構(gòu)對其尺寸和外載荷在實際使用中產(chǎn)生的波動不敏感。由于這種設計方法考慮結(jié)構(gòu)在實際制造和使用中產(chǎn)生的誤差對結(jié)構(gòu)可靠性的影響,從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量,因此越來越受到人們的關注與重視。本文首先進行基于可靠性的層合板結(jié)構(gòu)設計,采用經(jīng)典層合板理論對復合材料層合板進行力學性能分析,并采用Tasi-Wu失效準則結(jié)合層合板首層失效準則對層合板是否失效進行判斷。本文在結(jié)構(gòu)強度參數(shù)和載荷均為隨機變量的條件下,以可靠性指標作為限制條件,利用蒙特卡洛法計算結(jié)構(gòu)可靠性指標,并采用遺傳算法優(yōu)化結(jié)構(gòu),最終獲得滿足可靠性限制條件的最優(yōu)層合結(jié)構(gòu)。在完成基于可靠性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化后,本文提出了一種二級優(yōu)化方法對層合結(jié)構(gòu)進行穩(wěn)健性設計,得到了在結(jié)構(gòu)可靠度與結(jié)構(gòu)整體厚度均為限制條件下的結(jié)構(gòu)整體敏度最小的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性設計是一種多目標優(yōu)化問題,傳統(tǒng)設計方法采用加權系數(shù)的方式優(yōu)化這類問題,并不能很好地解決這類結(jié)構(gòu)設計問題,本文提出的二級優(yōu)化方法使結(jié)構(gòu)在放棄一定厚度的條件下,得到了具有良好穩(wěn)健性的復合材料層合結(jié)構(gòu),大大的簡化了穩(wěn)健性設計問題,使雙目標優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換成兩個單目標優(yōu)化的問題。并且分析和對比了在不同限制條件下得到的不同的結(jié)果,為這種方法的實際應用提供了一定的參考。通過二級優(yōu)化方法,可以使結(jié)構(gòu)的穩(wěn)健性設計的難度大大的降低,能夠有效解決一些復雜的實際問題。
【學位授予單位】：沈陽航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V214.8

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本文編號：1190634