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复合材料层合板的优化设计方法研究

作　者: 姚颖
导　师: 李为吉
学　校: 西北工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 复合材料层合板子层合板重复次数应变比满应变设计
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

本文采用满应变法和子层合板排序法相结合的方法，对纤维增强型复合材料层合板进行了优化设计。复合材料层合板排序法采用的是子层合板和重复次数这两个概念。本文的程序在给定铺向角种数、铺向角度值和子层合板分层数的情况下，给出所有可能出现的子层合板，形成子层合板系，即铺层方案。所谓子层合板只是板单元的一部分，根据满应变、强度要求计算出每个板单元的子层合板的重复次数，然后对每个单元的子层合板进行重复以形成满足强度要求的整个结构的复合材料层合板单元。结构分析采用的是有限单元法。因为采用子层合板这一方法，所以每个复合材料层合板单元都看成是由相同的或不同的子层合板重复而成的，这种方法的好处在于在选择子层合板的同时，就选择了铺层方案。满应变设计法，是优化设计准则法，在满足应变、强度要求的情况下，计算出每个单元子层合板的最小的重复次数，充分发挥每个单元的潜能。并且这种方法简单，由于对它做了改进，采用了齿形法，可收敛到最优解，而且速度较快。最后的结果以表的形式给出，子层合板、子层合板的重复次数以及重复次数之和由小到大排列，排在最前面的就是最优的。本文的方法为复合材料层合板的设计提供了一种简单和实用的方法。

全文目录

第一章绪论  7-11
  1．1 研究的目的  7-9
  1．2 本文的主要研究工作  9-11
第二章本文计算程序中采用的有限单元  11-21
  2．1 空间杆元素  11-12
  2．2 四边形等参单元  12-21
    2．2．1 四边形等参元的基本概念  12-13
    2．2．2 四边形等参元的位移函数及形状函数  13-14
    2．2．3 坐标变换  14
    2．2．4 变换矩阵及变换行列式  14-16
    2．2．5 CQUAD4元素  16-21
第三章子迭层板理论  21-29
  3．1 子迭层板（sublaminate）的概念  21
  3．2 子迭层板（sublaminate）的表示方法  21
  3．3 子迭层板的铺层数限制  21-22
  3．4 形成子迭层板系  22-26
  3．5 刚度矩阵的计算  26-29
第四章复合材料层合板理论  29-37
  4．1 平面应力下单层复合材料的应力应变关系  29
  4．2 单层材料任意方向的应力应变关系  29-31
    4．2．1 应力转轴公式  30
    4．2．2 任意方向上的应力应变关系  30-31
  4．3 多向层合板的弹性特性  31-36
    4．3．1 层合板的应力和应变关系  31-34
    4．3．2 层合板的内力和应变的关系  34-36
  4．4 单层板的强度理论  36-37
第五章复合材料层合板的优化设计  37-45
  5．1 优化设计的数学模型  37-38
  5．2 优化方法  38-42
    5．2．1 满应力设计方法  38
    5．2．2 满应变设计方法  38-40
    5．2．3 满应变设计方法的迭代公式  40
    5．2．4 齿形法  40
    5．2．5 齿形法的迭代公式  40-42
  5．3 齿形法的原理图  42-43
  5．4 满应变设计方法的程序框图  43-44
  5．5 齿形法的程序框图  44-45
第六章计算程序说明和算例  45-73
  6．1 计算程序说明  45-46
  6．2 数据文件的准备  46-49
  6．3 算例  49-73
    6．3．1 复合材料层合板只承受面内载荷时的优化设计结果  49-59
    6．3．2 复合材料层合板只承受横向载荷时的优化设计结果  59-63
    6．3．3 复合材料盒段的优化设计结果  63-73
第七章结论和展望  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-79

复合材料层合板的优化设计方法研究

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