摘要：通过多岛遗传算法对CFRP复合材料层合板强度和胶接接头强度进行双层迭代优化,并研究遗传算法控制参数对优化效率和优化稳定性的影响,提出兼顾CFRP复合材料层合板强度及胶接结构强度的最优铺层方式。结果表明:CFRP复合材料层合板胶接结构的剥离极限失效载荷与拉伸极限失效载荷成正比;优化设计方法可在保证层合板自身强度的前提下,提高胶接接头连接强度约14%;在铺层角度和铺层顺序被约束的情况下,CFRP复合材料铺层纤维方向为0°的铺层越靠近胶层,连接接头极限失效载荷越大;对于较快收敛的遗传算法优化问题,应采用较少的岛数、较小的交叉率和较小的变异率以保证其优化求解的稳定性。

摘要：金属/复合材料混合薄壁结构可同时满足汽车车身抗撞性和轻量化的要求。旨在对比研究不同纤维铺层方式铝/碳纤维复合材料(Aluminum/Carbon Fibre Reinforced Plastic,Al/CFRP)混合帽型薄壁梁的动态弯曲特性。通过三点弯曲试验比较分析各试件的弯曲失效行为与耐撞性能,结合试验结果建立有限元模型且验证其准确性,并进一步分析压头尺寸、压头形状和冲击位置对混合梁弯曲性能的影响。结果表明,铺层角度较铺层顺序对试件弯曲性能影响更大,压头尺寸越大、压头形状越相对扁平或冲击位置越远离中间时可获得较好的耐撞特性。研究所用方法与所得结论可为类似抗弯结构耐撞性设计提供参考。

摘要：在给定的材料性能条件下,以耐压壳纤维体积分数和层合板厚度为设计变量,以结构质量最小为优化目标进行复合材料耐压壳的布局优化;以铺层参数作为优化变量,综合考虑结构的稳定性及其材料强度,实现了结构铺层方式的优化设计;通过协调各子系统优化结果,实现了适用于潜水器复合材料耐压壳结构/材料一体化的协同优化设计.结果表明:耐压壳结构质量较优化前的降幅为20.57%,临界失稳压力为30.78MPa,失效指数为0.675,优化结果达到预期效果.所提出的基于铺层参数的协同优化方法能够对复合材料耐压壳进行优化设计,解决了直接以铺层角作为设计变量的优化效率低的问题.

摘要：通过箔-纤维-箔法制备了SiC纤维增强TB8复合材料,利用光学电子显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和力学性能试验机对SiC纤维增强TB8复合材料层合板的微观组织、断口形貌与力学性能进行表征与分析,研究了铺层方式对SiC纤维增强TB8复合材料层合板力学性能的影响。结果表明:880℃/50 MPa/2 h的热压工艺下,SiC纤维增强TB8复合材料层合板复合效果良好,纤维排布均匀并与设计方向基本一致。通过对单层SiC纤维布铺设角度、铺层顺序的设计可实现对SiC纤维增强TB8复合材料不同方向力学性能的调整与改进。单向SiC纤维增强TB8复合材料的纵向性能最佳,室温抗拉强度达1362.20 MPa,[0/-30/0/30/0]s,[0/-45/90/45/0]s和[0/90/0/90/0]s层合板在部分牺牲复合材料纵向强度的同时,提升了其横向强度。当钛基复合材料多向受力时可考虑采用[0/-45/90/45/0]s层合板;当钛基复合材料构件受力状态确定时,可采用[0/-30/0/30/0]s或根据实际情况确定的其他角度层合板。

摘要：为了研究典型螺栓连接碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)薄壁C型柱的轴压失效模式及吸能特性,进行了5组不同铺层方式C型柱的准静态轴压试验,即[0/90]_(4s)、[±45]_(4s)、[±45/90_(2)/0_(4)]_(s)、[±45/90/0_(2)/90/0_(2)]_(s)、[90/±45/0]_(2s),获得其失效形貌及载荷-位移曲线。采用Lavadèze单层壳单元模型、Puck-Yamada失效准则、层间胶粘单元及螺栓模型,建立C型柱层合壳模型进行轴压仿真,并与试验失效形貌、载荷-位移曲线及吸能特性评估指标进行对比分析。结果表明:0°、±45°、90°纤维可以显著影响C型柱轴压失效模式及吸能特性。在轴压载荷下,±45°纤维铺设C型柱发生局部屈曲失效模式,吸能特性差。±45°纤维铺设在外部,0°和90°纤维交替铺设在内部的C型柱,其轴压失效过程平稳,吸能特性好。与C型柱轴压试验结果相比,层合壳模型获得的整体变形和局部失效形貌吻合较好,载荷-位移曲线变化趋势和吸能特性评价指标基本一致。研究结果对CFRP薄壁C型柱吸能设计具有一定的指导意义。

摘要：对机身等直段受气密载荷作用时蒙皮铺层的优化设计进行初步研究。将有限元软件NASTRAN求解器与遗传算法相结合,通过ISIGHT软件实现具体流程,并通过C++编程弥补ISIGHT的不足。分析得出了在气密载荷作用下,最优的机身等直段蒙皮的铺层顺序、铺层角度和层数。将优化前后复合材料机身对比,机身等值段减轻了16.2%的机身结构重量;与A320-200金属机身对比,相应机身段减轻了26.5%,提高了结构效率。该方法可实现读取初值、计算和读取结果整个过程的自动化,减少了大量计算时间。

摘要：复合材料在现代飞机结构设计中的应用越来越广泛,其强度问题直接影响飞机的安全性能。文中对某低速飞机机翼进行复合材料结构设计,包括机翼各部位的铺层方式设计、几何建模等,应用ANSYS有限元软件对复合材料机翼在不同铺层方式下的强度、刚度进行了仿真分析,并与传统机翼进行了性能对比。结果表明:复合材料机翼在相同工况下,质量更轻、强度更高、刚度更大,为飞机结构设计与维修提供参考。

摘要：针对磨削过程中砂轮的振动失效现象,使用有限元分析软件ANSYS APDL对组合式砂轮的碳纤维砂轮基体进行静止状态下的固有模态分析和旋转状态下有预应力的模态分析。通过对比分析可知,由离心力产生的预应力对砂轮基体固有模态产生的影响很小。采用组合式砂轮结构设计时,能够避免外界激振频率与固有频率接近而引起的共振破坏。模态分析的结果能为砂轮结构的改进设计及进一步动态特性分析提供数据参考。

摘要：牛腿梁作为玻璃钢排烟筒中承受压剪作用的关键细部结构,由于其形状和受力形式的特点,很难用现有的剪切强度标准方法进行实验研究。结合牛腿梁结构的形状特点和受力特点,探索性地采用模型试验法模拟排烟筒工程中的牛腿梁结构并进行剪切性能的实验研究。主要考察了在压缩作用力下,牛腿梁结构的形状以及铺层结构变化与剪切性能的关系。通过模型实验法发现,牛腿梁的厚度和铺层结构变化对其剪切性能有重要影响。

摘要：主要研究直升机复合材料平尾在设计气动载荷作用下铺层优化设计的方案。将有限元计算分析软件PATRAN/NASTRAN与遗传算法相结合,通过ISIGHT优化平台软件来实现具体迭代过程,再以C++编程实现设计变量输入及计算结果输出的自动化,加强ISIGHT设计优化软件的封闭性,保证了优化过程正确有效。计算结果得出优化后的平尾结构质量为21.33kg,最大位移57.5mm,较设计初值减轻了15.87kg,比目前的某型直升机金属平尾减轻了3.59kg,最大位移减少了3.51mm。经分析得出此优化方法可以有效处理复合材料结构优化问题,计算结果满足工程设计要求。