复合材料框架结构刚度几何双尺度优化设计

来源：计算力学学报杂志2016年第1期北京时间：

作者：段尊义,阎军,张瑞,赵国忠

单位：大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 工程力学系, 大连 116024,大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 工程力学系, 大连 116024,大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 工程力学系, 大连 116024,大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 工程力学系, 大连 116024

摘要：航空航天结构对超轻质大跨度框架类结构提出了迫切的需求,考虑纤维增强复合材料框架结构宏观与微观的可设计性,基于结构与材料一体化优化理念,研究了复合材料框架结构宏观拓扑与微观纤维铺层参数并发优化的双尺度优化问题。以宏观管件构件内半径与微观连续纤维缠绕角度为两类独立的设计变量,建立了以最小化结构柔顺性为目标函数、材料用量为约束的双尺度复合材料框架结构优化列式,给出了宏微观设计变量灵敏度信息的求解算法。讨论并对比了单尺度微观纤维缠绕角度优化、宏观截面拓扑优化与宏微观双尺度并发优化。数值算例表明,双尺度并发优化设计可进一步发掘结构与材料的承载潜力,实现既定性能下的结构轻量化设计。

关键词：复合材料框架结构,双尺度优化,纤维缠绕角,铺层参数,半解析灵敏度分析,

基金资助：国家自然科学基金重点项目(11372060);国家科技重大专项(2011ZX02403-002);高等学校学科创新引智计划(B14013);中央高校基本科研业务费专项(DUT14LK30);辽宁省高校杰出青年学者(LJQ2015026)资助项目.