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轻质点阵夹芯结构的力学分析与结构优化

作　者: 芦才军
导　师: 彭向和
学　校: 重庆大学
专　业: 工程力学
关键词: 点阵夹芯结构 遗传算法 刚度分析 结构优化 动力特性
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


点阵夹芯结构是近年来随着材料制备工艺和成型加工技术的发展而出现的一类新型多功能材料，具有超轻质、高比强度、高比刚度、超强韧、高能量吸收等优良机械性能，以及减震、散热、吸声、电磁屏蔽等特殊性质，是一种备受瞩目的性能优异的多功能性工程材料。为了充分发挥点阵夹芯结构优良的力学性能，本文对四面体、金字塔、八面体等三种典型夹芯结构建立了以重量最小化为优化目的结构优化模型，给出了优化问题的遗传算法结构优化方法，并应用遗传算法结构优化程序进行了优化求解，得出的解与文献中的解进行了比较，验证了本文优化方法的有效性。本文共分为六章，主要内容如下：第一章为课题的研究背景与综述。简要概述了点阵夹芯结构的产生、发展、制备方法以及国内外的研究现状，提出了本文的结构优化方法—遗传算法。第二章主要介绍了遗传算法的优化过程，总结了遗传算法的特点，并对若干常用的约束处理方法进行了概述。第三章对纤维复合材料点阵夹芯结构进行了刚度分析，通过理论与有限元分别计算并比较了三种不同面板复合材料的刚度。第四章应用遗传算法结构优化方法对三种典型的夹芯结构进行了结构优化设计，并与文献中方法所得结果进行比较，验证了遗传算法的正确性。第五章对金字塔点阵夹芯结构的动力特性进行了简要分析，应用遗传算法优化程序计算了四边简支金字塔点阵夹芯结构前四阶固有频率并与同质量实体板进行了比较分析。第六章为全文总结与展望。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 课题的研究背景及意义  8-9
  1.2 点阵夹芯结构研究现状  9-11
    1.2.1 点阵夹芯结构的几何构型  9
    1.2.2 点阵夹芯结构的制备方法  9-11
  1.3 点阵夹芯结构的力学行为研究  11-12
  1.4 遗传算法在结构优化设计中的应用研究  12-14
  1.5 本文主要研究内容  14-16
2 遗传算法简介及约束的处理方法  16-30
  2.1 引言  16
  2.2 遗传算法的基本过程  16-23
    2.2.1 编码方式  17-19
    2.2.2 适应度函数  19
    2.2.3 选择策略  19-20
    2.2.4 交叉算子与变异算子的设计  20-22
    2.2.5 运行参数的选择  22-23
  2.3 约束条件的处理方法  23-26
    2.3.1 区域约束的处理方法  24
    2.3.2 一般约束的处理方法  24-25
    2.3.3 罚函数法  25-26
  2.4 遗传算法的特点  26-27
  2.5 遗传算法收敛性分析  27-28
  2.6 本章小结  28-30
3 纤维复合材料夹芯结构的刚度分析  30-42
  3.1 引言  30
  3.2 层合板等效模量的确定  30-33
    3.2.1 理论分析  30-32
    3.2.2 理论计算  32-33
  3.3 夹芯结构的刚度研究  33-36
    3.3.1 夹芯结构的弯曲刚度分析  33-35
    3.3.2 混合纤维复合材料面板夹芯结构抗弯刚度的推导  35-36
    3.3.3 抗弯刚度与柔度的确定  36
  3.4 数值模拟  36-41
    3.4.1 夹芯结构的有限元建模  37-38
    3.4.2 铺层方式的设计  38
    3.4.3 理论计算  38
    3.4.4 有限元计算  38-40
    3.4.5 采用[0。/90。]s 方向铺层的面板模拟结果  40-41
  3.5 本章小结  41-42
4 基于遗传算法的轻质夹芯结构优化  42-54
  4.1 引言  42
  4.2 几个优化通用性的定义  42-43
  4.3 点阵夹芯梁重量最小优化  43-52
    4.3.1 四面体夹芯梁的重量最小优化设计  43-46
    4.3.2 金字塔夹芯梁的重量最小优化设计  46-49
    4.3.3 八面体夹芯梁的重量最小优化  49-51
    4.3.4 分析  51-52
  4.4 本章小结  52-54
5 金字塔点阵夹芯结构的频率分析与优化  54-62
  5.1 引言  54
  5.2 四边简支夹芯板的基本方程  54-56
  5.3 自由振动控制方程  56
  5.4 四边简支点阵夹芯板的固有频率  56-57
  5.5 实体板的自由振动  57
  5.6 四边简支金字塔点阵夹芯板的频率优化  57-61
  5.7 本章小结  61-62
6 总结与展望  62-64
  6.1 总结  62
  6.2 展望  62-64
致谢  64-66
参考文献  66-70
附录  70-74
  A. 实数编码自适应遗传算法 MATLAB 优化程序  70-74
  B. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文  74

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 功能材料
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