基于遗传算法的开孔复合材料层合板铺层优化

玻璃钢/复合材料 ›› 2018, Vol. 0 ›› Issue (12): 5-10.

• 基础研究 • 下一篇

基于遗传算法的开孔复合材料层合板铺层优化

郭琰¹, 黄斌^2*, 钱征华³

1.宁波大学科学技术学院,宁波315211;
2.宁波大学机械工程与力学学院,宁波315211;
3.南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,南京210016

收稿日期:2018-04-08 出版日期:2018-12-28 发布日期:2018-12-28
通讯作者: 黄斌(1987-),男,博士,讲师,主要研究方向为复合材料轻量化设计与磁电材料,huangbin@nbu.edu.cn。
作者简介:郭琰(1988-),女,硕士,助教,主要从事复合材料轻量化设计与应用方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金(11702150);机械结构力学及控制国家重点实验室开放课题(MCMS-0516Y01);宁波市自然科学基金(2016A610056);宁波大学校科研基金(XYL17019)

OPTIMIZATION OF LAYUP STACKING SEQUENCE IN COMPOSITE LAMINATE WITH CENTRAL HOLE BASED ON GENETIC ALGORITHM

GUO Yan¹, HUANG Bin^2*, QIAN Zheng-hua³

1.College of Science & Technology, Ningbo University, Ningbo 315212, China;
2.Faculty of Mechanical Engineering and Mechanics, Ningbo University, Ningbo 315211, China;
3.State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China

Received:2018-04-08 Online:2018-12-28 Published:2018-12-28

摘要/Abstract

摘要： 针对开孔复合材料层合板铺层角度的优化设计问题,应用遗传算法以铺层角度为参数进行优化计算,并以一阶固有频率最大化为设计目标。开孔板的固有频率求解通过基于独立坐标耦合法的瑞利里兹法进行,再用遗传算法随机搜索获得一阶频率最大时的铺层角度。考虑了板的层数、孔大小、长宽比、边界条件等因素对优化的铺层角度影响。最后通过优化计算表明,对于方形版,层数和开孔大小不影响最优铺层,而长宽比对最优铺层角度影响重大。

关键词: 层合板, 孔, 铺层优化, 遗传算法, 一阶频率

Abstract: The Genetic Algorithm (GA) was applied to conduct the optimal design of layup stacking sequence in laminate with central hole, where the maximization of fundamental natural frequency was selected as the objective function. The fundamental frequency was calculated by using the Rayleigh Ritz method based on independent coordinate coupling method. The optimal layup stacking sequence was obtained by the GA for random search of layup stacking sequence. The effects of layer number, hole size, length to width ratio and boundary condition on the optimal layup stacking sequence were investigated. Finally, it is found that the layer number and hole size do not affect the optimal layup stacking sequence, while the length to width ratio has great influence on the optimal layup stacking sequence.

Key words: laminate, hole, layup optimization, Genetic Algorithm, fundamental frequency

中图分类号:

TB332

郭琰, 黄斌, 钱征华. 基于遗传算法的开孔复合材料层合板铺层优化[J]. 玻璃钢/复合材料, 2018, 0(12): 5-10.

GUO Yan, HUANG Bin, QIAN Zheng-hua. OPTIMIZATION OF LAYUP STACKING SEQUENCE IN COMPOSITE LAMINATE WITH CENTRAL HOLE BASED ON GENETIC ALGORITHM[J]. Fiber Reinforced Plastics/Composites, 2018, 0(12): 5-10.

参考文献

[1]薛忠民. 中国玻璃钢/复合材料发展回顾与展望[J]. 玻璃钢/复合材料, 2015(1): 5-12.
[2]郭绍伟, 张永存, 宋恩鹏, 等. 开孔碳纤维层合板层间应力分析[J]. 复合材料学报, 2011, 28(5): 228-233.
[3]姚宇超, 许希武, 毛春见. 湿热环境下开孔复合材料层合板的强度[J]. 材料科学与工程学报, 2015(33): 425-431.
[4]杜宇, 杨涛, 牛雪娟. 含孔复合材料层合板的结构参数对其屈曲性能的影响[J]. 玻璃钢/复合材料, 2015(11): 25-29.
[5]王栋, 禹志刚. 开孔对复合材料层合板振动频率影响研究[J]. 机械强度, 2012, 34(5): 657-661.
[6]卢翔, 李顶河, 冯振宇, 等. 含孔损伤复合材料层合板固有频率研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2009(9): 10-13.
[7]曹俊. 遗传算法及其在复合材料层合板设计中应用的研究[D]. 南京:南京航空航天大学, 2003: 23-28.
[8]Hwang Shun-FA, Hsu YA-Chu, Chen Yuder. A genetic algorithm for the optimization of fiber angles in composite laminates[J]. Journal of Mechanical Science and Technology, 2014, 28(8): 3163-3169.
[9]冯消冰, 黄海, 王伟, 等. 基于遗传算法的层压板强度优化设计[J]. 玻璃钢/复合材料, 2012(3): 7-12.
[10]Rodolphe LE Riche, Raphael T Haftka. Optimization of laminate stacking sequence for buckling load maximization by Genetic Algorithm[J]. AIAA Journal, 1993(31): 951-956.
[11]晏飞, 戴德海, 朱智春. 基于遗传算法的纤维增强复合材料层合板刚度设计方法[J]. 强度与环境, 2004, 31(2): 7-12.
[12]许玉荣, 陈建桥, 罗成, 等. 复合材料层合板基于遗传算法的可靠性优化设计[J]. 机械科学与技术, 2004, 23(11): 1344-1347.
[13]郑国文, 谢习华. 基于改进双种群遗传算法的复合材料层合板铺层优化设计[J]. 玻璃钢/复合材料, 2017(6): 28-32.
[14]唐文艳, 顾元宪, 赵国忠. 复合材料层合板铺层顺序优化遗传算法[J]. 大连理工大学学报, 2004, 44(2): 186-189.
[15]Huang BIN, Wang JI, Du Jianke, et al. Vibration analysis of a specially orthotropic composite laminate with rectangular cutout using independent coordinate coupling method[J]. Composite Structures, 2016, 150: 53-61.

基于遗传算法的开孔复合材料层合板铺层优化

OPTIMIZATION OF LAYUP STACKING SEQUENCE IN COMPOSITE LAMINATE WITH CENTRAL HOLE BASED ON GENETIC ALGORITHM

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	李辉, 赵春江, 梁建国, 曾光, 王蕊, 边强. 变刚度复合材料层合板力学特性及失效机理分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 5-10.
[2]	邹财勇, 闫承磊, 李杰, 刘畅. 低体分SiCp/Al复合材料钻削切屑形貌及孔壁损伤实验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 111-114.
[3]	闫金顺, 孙鹏文, 马志坤, 赵雄翔, 董新洪. 幂函数过滤函数不同参数对层合板拓扑优化收敛率的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(6): 5-9.
[4]	杨智勇, 刘清念, 孙建波, 解永杰, 左小彪, 张建宝. 铺层角度偏差对曲面复合材料层合板形面轮廓的影响分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(6): 17-26.
[5]	毛义梅, 郭建军, 郑诗宏, 毛雅赛. 酚醛树脂在线预浸拉挤工艺探索[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(6): 111-114.
[6]	闫金顺, 孙鹏文, 赵雄翔, 马志坤, 于泽林. 考虑隐式约束的复合材料层合板分区优化方法[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(5): 61-65.
[7]	郭峰, 王哲峰, 王共冬, 冯璐, 李桦, 马佳赫, 刘喜亮. 低温条件下含孔碳纤维复合材料层合板拉伸损伤特性研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(4): 56-61.
[8]	董明军, 曹忠亮, 韩振华, 范广宏. Abaqus二次开发在变刚度层合板屈曲分析中的应用[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(3): 24-28.
[9]	付为刚, 熊焕杰, 廖喆, 马骏驰. 各向异性层合板屈曲分析的有限差分数值求解[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(2): 23-30.
[10]	何振鹏, 邓殿凯, 刘国峰, 孙爱俊, 钱俊泽, 黎柏春, 胡艺馨, 杨帆. 基于内聚力模型的复合材料裂纹扩展研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(1): 5-12.
[11]	章宇界, 叶奇飞, 梁燕民, 刘启抱, 柯常宜, 叶鹏华. 复合材料蒙皮双真空固化工艺研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(9): 79-82.
[12]	祖磊, 肖康, 张骞, 张桂明, 吴乔国, 李德宝. 不等极孔纤维缠绕线型轨迹及工艺研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(7): 48-54.
[13]	梁力, 纪小飞, 孟兆康, 陈西锋. 基于刚柔耦合动力学仿真的起落架舱门优化[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(6): 45-51.
[14]	秦建兵, 赵玺, 梁荣娜. 一种失效准则在面外载荷下含孔层合板的应用[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(6): 52-57.
[15]	聂义, 熊杰, 王建东, 高山, 李小波. 风电叶片腹板芯材加工方式对设计和制造的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(6): 102-105.