飛機複合材料翼面結構最佳化理論與套用

《飛機複合材料翼面結構最佳化理論與套用》是2014年11月出版的圖書，作者是楊偉、常楠、王偉。

基本介紹

• 中文名：飛機複合材料翼面結構最佳化理論與套用
• 作者：楊偉、常楠、王偉
• 出版時間：2014年11月
• 出版社：國防工業出版社 
• 頁數：200 頁
• ISBN：978-7-118-09528-9
• 定價：79.00
• 開本：16 開
• 裝幀：精裝
• 出版基金：國防科技圖書出版基金
• 版次：1版1次
• 字數：252
• 中圖分類：V257

內容簡介

機翼是飛機的主要氣動面和承受載荷部件，是飛機結構設計的重點和難點。現代飛機機翼結構高度低、專業綜合性強，複合材料得到了大量的套用。除了高比強、高比模、耐腐蝕、耐疲勞等特點外，複合材料更突出的優點是剛度可設計性。

通過對複合材料翼面結構進行合理的最佳化設計，不但能帶來顯著的減重效益，還能改善結構靜、動氣動彈性性能。本書以複合材料翼面結構為研究對象，結合現代有限元方法、先進結構最佳化算法、複合材料力學理論，立足工程實際，從最佳化理論與套用兩個方面出發，對翼面結構最佳化數學模型、常用最佳化理論、層合板最佳化設計、複合材料加筋壁板最佳化設計、複合材料翼面結構布局最佳化設計、複合材料翼面結構氣彈剪裁最佳化設計、翼面結構工程最佳化設計關鍵技術與設計流程進行了詳盡的闡述，反映了作者多年來在該領域的最新研究成果，具有新穎性、工程套用性強的特點。本書可作為高等院校和科研院所從事結構設計人員學習參考，同時也適合從事最佳化算法理論研究的人員參考。

目錄

第1章飛機翼面結構設計及最佳化概述1

1.1引言1

1.2飛機翼面功能與設計要求3

1.3典型翼面結構形式及傳力分析4

1.3.1翼面結構形式4

1.3.2傳力分析6

1.4翼面結構最佳化理論與套用現狀8

1.4.1翼面結構最佳化分類8

1.4.2最佳化方法10

1.4.3最佳化軟體及工程套用13

參考文獻16

第2章翼面結構最佳化的數學模型19

2.1結構最佳化三要素19

2.1.1設計變數19

2.1.2目標函式19

2.1.3約束條件20

2.2翼面結構尺寸最佳化數學模型21

2.3翼面結構形狀最佳化數學模型21

2.4翼面結構拓撲最佳化數學模型22

2.5複合材料結構最佳化數學模型23

參考文獻24

第3章最最佳化基本理論25

3.1最佳化準則法 25

3.1.1滿應力法25

3.1.2位移準則法28

3.1.3多約束下的結構最佳化準則法31

3.2遺傳算法 34

3.2.1遺傳算法的特點35

3.2.2基本遺傳算法35

3.2.3遺傳算法的數學理論38

3.3粒子群算法40

3.3.1基本粒子群算法40

3.3.2自適應粒子群算法41

3.4蟻群算法42

3.4.1蟻群算法的特點42

3.4.2基本蟻群算法42

3.4.3蟻群算法的改進策略44

3.5變密度法44

3.5.1變密度法數學模型描述44

3.5.2靈敏度分析46

3.5.3最佳化準則的推導47

3.6漸進結構最佳化方法48

3.6.1基本漸進結構最佳化方法48

3.6.2具有剛度約束的結構漸進最佳化方法50

參考文獻51

第4章層合板最佳化設計方法53

4.1複合材料經典層合板設計53

4.1.1經典層合板理論的基本假設53

4.1.2單層複合材料的應力—應變關係53

4.1.3層合板的應力—應變關係56

4.1.4層合板的內力—應變關係57

4.1.5各類層合板的剛度係數計算58

4.1.6層合板的強度準則67

4.2準則法在層合板最佳化設計中的套用68

4.2.1大型結構中層合板在強度、剛度約束下的準則最佳化及算例68

4.2.2基於模糊理論的水平疊代—準則法74

4.3基於交換離散粒子群算法的層合板鋪層順序最佳化79

4.3.1層合板鋪層順序最佳化問題描述79

4.3.2問題轉換及鋪層順序最佳化的離散粒子群算法81

4.3.3交換離散粒子群最佳化算法 82

4.3.4算例結果及討論86

4.4基於蟻群算法的層合板鋪層角度最佳化設計 89

4.4.1層合板鋪層角度最佳化問題描述 89

4.4.2問題轉換與鋪向角最佳化的蟻群算法90

4.4.3算例結果及討論92

4.5基於蟻群算法的層合板鋪層順序最佳化設計96

4.5.1問題轉換與鋪層順序最佳化的蟻群算法96

4.5.2算例結果及討論97

參考文獻98

第5章複合材料加筋板最佳化設計100

5.1複合材料加筋壁板屈曲分析方法100

5.1.1工程經驗法101

5.1.2有限元法 105

5.1.3有限條法 108

5.2典型複合材料加筋板穩定性變參數分析109

5.3多目標多約束複合材料加筋壁板最佳化118

5.3.1成本模型119

5.3.2製造工藝約束 120

5.3.3強度約束 121

5.3.4實際結構重量評估 121

5.3.5最佳化模型 121

5.4複合材料加筋壁板穩定性最佳化設計 122

5.4.1問題描述 122

5.4.2蟻群算法的實施過程124

5.4.3結果與討論125

參考文獻128

第6章複合材料翼面結構布局最佳化設計129

6.1翼面結構布局最佳化的分級最佳化思想129

6.2翼面縱向結構的布局最佳化130

6.2.1基於改進ESO的翼面縱向結構布局最佳化130

6.2.2基於遞階—蟻群的翼面縱向結構布局最佳化134

6.2.3多梁多牆翼面縱向結構布局最佳化138

6.3翼面結構形狀與尺寸綜合最佳化設計144

6.3.1性能指標的定義144

6.3.2基於兩相法的翼面結構形狀尺寸綜合最佳化設計145

6.4回響面近似技術148

6.4.1神經網路回響面近似技術149

6.4.2函式近似技術150

參考文獻151

第7章複合材料翼面結構

氣彈剪裁設計152

7.1概述152

7.1.1複合材料氣彈剪裁的基本概念152

7.1.2氣彈剪裁研究現狀及工程套用153

7.2氣動彈性問題的原理及其分析方法155

7.2.1靜、動氣彈原理說明155

7.2.2氣動發散問題的物理現象和原理155

7.2.3副翼效率問題物理現象和原理156

7.2.4顫振問題物理現象和原理159

7.3機翼剛度方向與氣彈性能的關係162

7.4基於NASTRAN的大展弦比複合材料機翼氣彈剪裁設計163

7.4.1NASTRAN最佳化模組164

7.4.2算例165

7.5複合材料翼盒顫振特性分析及多目標最佳化設計169

7.5.1模型和分析方法170

7.5.2使用多島遺傳算法最佳化翼盒顫振速度171

7.5.3各段翼盒鋪層參數對整體機翼的顫振速度影響176

7.5.4翼盒多目標最佳化178

7.6某型複合材料機翼工程化氣彈剪裁最佳化設計180

7.6.1F22氣彈剪裁最佳化設計情況180

7.6.2技術難點分析182

7.6.3總體技術方案183

7.6.4關鍵技術及解決途徑184

參考文獻189

第8章翼面結構工程最佳化設計關鍵技術分析及設計流程190

8.1翼面結構工程最佳化關鍵技術分析190

8.1.1分級最佳化思想190

8.1.2最佳化規模的控制192

8.1.3合理有限元模型的建立193

8.1.4靈敏度快速分析技術193

8.1.5工程適用的最佳化算法194

8.1.6快速布局設計工具軟體的開發194

8.1.7細節設計中鋪層順序最佳化的套用195

8.2翼面結構工程最佳化設計流程196

參考文獻198