基于非对称铺层的复合材料弯扭耦合结构设计与试验验证

作     者：崔达 张鸣昊 李道奎 Cui Da;Zhang Minghao;Li Daokui

作者机构：国防科技大学空天科学学院长沙410073 兰州大学土木工程与力学学院兰州730000 空天任务智能规划与仿真湖南省重点实验室长沙410073 

基　　金：国家自然科学基金(12302197) 国防科技大学青年自主创新科学基金(ZK2023-38)资助项目 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2024年第56卷第10期

页      码：2888-2901页

摘      要：复合材料弯扭耦合结构在前掠翼飞机机翼的结构设计中具有重要的应用价值.现有研究主要基于对称铺层复合材料设计弯扭耦合结构,存在设计域窄及耦合效应不足等问题.非对称铺层复合材料有望解决上述问题,但因其易产生固化变形,目前未能在工程实际中得到应用.文章首先引入层合板的几何因子和材料常数,推导了拉剪多耦合效应层合板的湿热稳定解析条件;其次,利用湿热稳定的拉剪多耦合效应层合板构造了变截面弯扭耦合盒型结构模型,并利用遗传算法-序列二次规划(genetic algorithm-sequential quadratic program,GASQP)混合优化算法实现了结构的非对称铺层优化设计,使得结构在不发生固化变形的同时显著提升了耦合效应;然后,对弯扭耦合结构的湿热稳定性和弯扭耦合效应进行了数值仿真验证,并利用Monte Carlo方法进行了耦合效应的鲁棒性分析;最后,设计并完成了弯扭耦合效应的测量试验,验证了理论设计的正确性和可行性.结果表明:当铺层角度满足湿热稳定条件时,非对称弯扭耦合结构不会发生固化变形;非对称铺层设计可以显著提升耦合效应,最大可达90%以上.

主 题 词：湿热稳定 拉剪多耦合效应层合板 弯扭耦合结构 优化设计 试验验证 

学科分类：08[工学] 0805[工学-能源动力学] 080502[080502] 080102[080102] 0801[工学-力学类] 

核心收录：

D　O　I：10.6052/0459-1879-24-230

馆 藏 号：203154339...