基于遗传算法的层合板结构的可靠性优化设计

采用遗传算法分析了存在初始缺陷的复合材料层合板的可靠性优化问题．优化设计时，以层合板结构的厚度最小为目标函数，以可靠度要求为约束条件．在可靠度分析中，取初始缺陷、强度参数、单元层的厚度为随机变量，采用一阶矩法和Tsai-Wu准则分析每个单元层的失效概率，系统失效概率的计算基于串联系统假定．通过比较遗传算法与序列二次规划法的计算结果，证实了遗传算法用于可靠性优化设计的有效性．     

冲击载荷下Ti/CFRP层合板结构的数值模拟分析

为了研究钛合金/碳纤维增强复合材料(Ti/CFRP)层合板结构的抗冲击性能,采用基于三维Hashin准则的VUMAT材料子程序模拟复合材料层合板的损伤失效,采用内聚力单元模拟层合板与钛合金之间的胶层,采用Johnson-Cook本构模型模拟钛合金的塑性变形及失效,建立了Ti/CFRP层合板结构的冲击损伤有限元模型。分别讨论了冲击动能、钛板的厚度及复合材料的铺层角度等因素对层合板结构的抗冲击性能的影响,结果显示增加钛板的厚度可以有效提高层合板结构的抗冲击性能,Ti/CFRP层合板结构承受冲击载荷发生损伤失效时,失效模式以基体失效与拉伸分层失效为主,合理选择铺层角度可以改善复合材料层合板的抗冲击性能。分析结果可为Ti/CFRP层合板结构的设计及工程应用提供参考。     

复合材料层合板的可靠性优化和鲁棒特征

采用遗传算法分析了存在初始缺陷的复合材料层合板的可靠性优化和鲁棒问题．单元层可靠性分析时,取初始缺陷、强度参数为随机变量,采用一阶矩法和Tsai—Wu准则分析每个单元层的失效概率．系统失效概率的计算基于首层失效假定,把系统看作为单元层的串联结构,系统中任何一个单元层的破坏就看作为系统的失效．在此基础上,对结构的可靠性优化和鲁棒特征进行了研究,分析了对称层合板的层数、可靠度和纤维方向角之间的关系,为结构设计提供参考．     

复合材料对称层合板的强度预测

基于层合板五层等效约束模型(Equivalent Constraint Model,ECM),建立了基体开裂下的层合板残余强度的分析方法.基体开裂导致层合板内部应力重分配,使得主受力层(0°层)应力或应变条件恶化.认为0°层控制层合板的最终失效破坏:当0°层失效时,整个层合板发生失效破坏.对不同材料体系和铺层结构的复合材料对称层合板的强度进行了预测.计算结果表明:这种强度准则的预测值与实验结果吻合较好.     

基于局部自适应代理模型的复合材料结构可靠性评估

为了评估复合材料复杂结构的可靠性,开展基于局部自适应代理模型的可靠性评估方法研究.针对复合材料翼盒结构,建立基于局部自适应算法的应力响应面代理模型和基于Weibull分布的强度分布模型,并基于蒙特卡洛法与Hashin准则计算翼盒结构的可靠性;同时开展复合材料翼盒结构的准静态拉伸试验,获得失效位置、失效形式及力-位移曲线,并以二项分布估计试验结果的置信度.结果表明：翼盒结构的失效位置位于上端拐角处,失效形式为基体剪切断裂与纤维拔出,材料参数中剪切模量对失效位置应力响应影响最大,结构需要优化设计减小拐角处剪切应力;基于局部自适应代理模型的可靠性评估数值分析结果与试验结果相对误差为5.295%,准确地评估了结构的可靠性.     

基于Hashin失效准则的复合材料螺栓连接损伤破坏研究

本文介绍了复合材料螺栓连接二维模型的损伤破坏分析方法,Hashin失效准则和刚度降方法,考虑接触关系,剪切非线性和材料刚度降低,针对Hashin失效准则编制相应的损伤程序,然后采用有限元软件ABAQUS对复合材料层合板螺栓连接件强度进行数值计算。研究结果表明,利用损伤子程序可以较好的预测层合板的破坏载荷以及损伤初始发生的铺层及其扩展方向,损伤的发生和扩展只与铺层角有关,而与铺层顺序、铺层的厚度无关,剪切非线性分析更加合理,考虑非线性影响时,失效准则中包括剪切应力项,损伤产生较早。     

基于改进桥联模型的CFRP层合结构抗冲击载荷动态力学性能研究

为研究碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在冲击载荷下的力学响应,本文基于桥联模型,采用含应变率效应的动态本构方程以及屈服准则,对CFRP层合板进行了优化设计和动态压缩强度分析.利用相关文献中的层合板准静态及动态试验结果,对改进的桥联模型程序进行验证,结果吻合良好.在此基础上,对比分析了几种CFRP层合板铺层设计方案,优选并制备其中一铺层的层合板,实施了中等应变率的压缩试验,前期理论计算结果与试验结果有较好一致性.本文工作可用于抗高冲击载荷CFRP层合结构的优化设计及性能预测.     

复合材料层合板参数灵敏度分析及优化设计

工程结构中的复合材料层合板的几何参数往往具有随机性质.如何研究随机参数层合板的灵敏度,并对参数进行优化分析,这对正确估计结构设计的可靠性有着非常重要的意义.用随机摄动法,导出了求反对称层合板响应灵敏度的计算公式,研究了随机参数反对称层合板响应的灵敏度和优化设计,并用网络法计算出最佳铺层角.     

考虑剪切非线性的复合材料渐进损伤模型

针对具有明显剪切非线性的复合材料,提出了一种考虑剪切非线性影响、能够分析和预测复合材料层合板极限承载能力的损伤模型.采用Ramberg-Osgood方程描述层合板剪切非线性的应力与应变本构关系,基于连续介质损伤理论建立了分析复合材料结构渐进损伤的三维有限元模型,采用已有的应变描述的三维Hashin失效准则和Ye-分层失效准则预测其损伤起始,引入损伤状态变量来分析层合板的损伤扩展,通过UMAT子程序实现了损伤模型的模拟,并运用黏性正则化方法确保计算收敛.同时,将模型运用于AS4/PEEK复合材料开孔层合板渐进损伤实验的模拟分析.结果表明,模拟计算结果与实验结果较吻合,对比已有模型的预测结果,所提出的方法具有更高的准确性.     

玻璃纤维层合靶板抗弹性能的研究

该文根据复合材料的本构关系和失效准则 ,利用能量守恒关系建立了弹丸垂直侵彻有限厚度玻璃纤维层合板分析模型 ,给出了正交各向异性纤维层合材料弹道性能v5 0 的预测公式 ,并通过试验加以验证 ,计算及试验结果一致性较好     

基于灵敏度分析的单层厚壁容器可靠性稳健优化设计

针对可靠性的稳定性问题,将可靠性优化设计理论与可靠性灵敏度分析相结合,提出可靠性稳健优化设计方法.将此法运用于单层厚壁容器设计,建立基于灵敏度分析的附加目标函数的可靠性稳健优化设计模型,并用MATLAB语言工具箱和优化工具箱实现参数求解,可迅速、准确地获得容器可靠性稳健设计信息.结果表明该方法简便易行,为提高和稳定过程设备的可靠性水平提供理论依据和应用参考.     

Probabilistic Optimum Design of Symmetric Laminates under First-Ply Failure

This paper proposes a procedure for the optimum design of composite laminates with initial imperfection under probabilistic considerations. The initial imperfection, strength parameters and ply-level thickness are considered as random variables. Ply-level failure probability is evaluated by the first order reliability method and system reliability is computed based on the first-ply failure criterion. The optimum design is formulated to consider the laminate thickness as the objective function and reliability requirement as the constraint. A numerical example is presented to demonstrate the methodology proposed.     

螺旋管簧的可靠性鲁棒设计

在可靠性优化设计理论与可靠性灵敏度分析方法的基础上，讨论了螺旋管簧的可靠性鲁棒设计问题，提出了可靠性鲁棒设计的数值计算方法，把可靠性灵敏度溶入可靠性优化设计模型之中，将可靠性鲁棒设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题。     

元动作单元故障树建模在复杂机电产品可靠性优化中的应用

针对传统的可靠性建模方法难以建立复杂机电产品的可靠性数学模型,提出一种结合功能分解(FMA,function-motion-action)和故障树(FTA,fault tree analysis)的建模方法,降低了复杂机电产品的可靠性优化模型的构造难度。针对遗传算法(GA,genetic algorithm)和粒子群算法(PSO,particle swarm optimization)在模型求解时存在的不足,提出构建混合GA-PSO算法来改善GA算法易陷入局部最优或全局搜索能力弱的现象。通过数控磨齿机的实例分析,验证了用混合GA-PSO算法构造优化模型的可行性,以及采用混合粒子群算法优化求解的有效性。     

钢筋砼框架结构的可靠性优化设计研究

提出了一种融结构可靠性分析与结构优化设计于一体的钢筋砼框架结构的可靠性优化设计方法。利用优化技术对传统的概率网络估算技术（PNET）进行改进,通过考虑代表机构之间的相关性,使寻找代表机构和计算结构体系失效概率的方法得到了简化。在分部优化策略的基础上,导出了钢筋砼梁、柱结构可靠性的约束公式,建立了钢筋砼框架结构基于可靠性优化设计的。设计计算结果表明,这种方法实现了结构设计的安全性和经济性的平衡,不仅适用于钢筋砼框架结构,而且还可用于其他钢筋砼结构。     

不完全概率信息下机械零部件的可靠性灵敏度设计

应用随机摄动技术和四阶矩技术,将可靠性设计理论与灵敏度分析方法相结合,建立了机械零部件可靠性灵敏度设计模型.提出了基于四阶矩方法的可靠性灵敏度设计的计算方法,讨论了具有不完全概率信息的机械零部件的可靠性灵敏度设计问题;探讨了机械零部件的可靠性随设计参数改变的数学评价方法,给出了可靠性灵敏度的变化规律;研究了设计参数的改变对机械零部件的可靠性的影响,并且获得了理想的数值设计结果.为机械零部件的可靠性设计提供了理论依据.     

不完全概率信息条件下机械系统可靠性优化设计

基于多失效模式机械系统可靠性设计方法和优化设计理论,研究了不完全概率信息条件下多失效模式机械系统可靠性优化设计问题,建立了不完全概率信息条件下多失效模式机械系统可靠性优化设计方法的数学模型,提出了相应的计算方法.数值算例表明该方法是一种非常实用、有效的数值方法.     

基于可靠性的结构优化设计

建立以重量为目标函数的平面刚架优化模型,对结构进行基于可靠性的优化设计,可靠指标的求解采用JC法,优化算法采用约束变尺度法,最后给出平面刚架计算实例,结果表明了方法的有效性。