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第1章 飞机翼面结构设计及优化概述1

1.1 引言1

1.2 飞机翼面功能与设计要求3

1.3 典型翼面结构形式及传力分析4

1.3.1 翼面结构形式4

1.3.2 传力分析6

1.4 翼面结构优化理论与应用现状8

1.4.1 翼面结构优化分类8

1.4.2 优化方法10

1.4.3 优化软件及工程应用13

参考文献16

第2章 翼面结构优化的数学模型19

2.1 结构优化三要素19

2.1.1 设计变量19

2.1.2 目标函数19

2.1.3 约束条件20

2.2 翼面结构尺寸优化数学模型21

2.3 翼面结构形状优化数学模型21

2.4 翼面结构拓扑优化数学模型22

2.5 复合材料结构优化数学模型23

参考文献24

第3章 最优化基本理论25

3.1 优化准则法25

3.1.1 满应力法25

3.1.2 位移准则法28

3.1.3 多约束下的结构优化准则法31

3.2 遗传算法34

3.2.1 遗传算法的特点35

3.2.2 基本遗传算法35

3.2.3 遗传算法的数学理论38

3.3 粒子群算法40

3.3.1 基本粒子群算法40

3.3.2 自适应粒子群算法41

3.4 蚁群算法42

3.4.1 蚁群算法的特点42

3.4.2 基本蚁群算法42

3.4.3 蚁群算法的改进策略44

3.5 变密度法44

3.5.1 变密度法数学模型描述44

3.5.2 灵敏度分析46

3.5.3 优化准则的推导47

3.6 渐进结构优化方法48

3.6.1 基本渐进结构优化方法48

3.6.2 具有刚度约束的结构渐进优化方法50

参考文献51

第4章 层合板优化设计方法53

4.1 复合材料经典层合板设计53

4.1.1 经典层合板理论的基本假设53

4.1.2 单层复合材料的应力—应变关系53

4.1.3 层合板的应力—应变关系56

4.1.4 层合板的内力—应变关系57

4.1.5 各类层合板的刚度系数计算58

4.1.6 层合板的强度准则67

4.2 准则法在层合板优化设计中的应用68

4.2.1 大型结构中层合板在强度、刚度约束下的准则优化及算例68

4.2.2 基于模糊理论的水平迭代—准则法74

4.3 基于交换离散粒子群算法的层合板铺层顺序优化79

4.3.1 层合板铺层顺序优化问题描述79

4.3.2 问题转换及铺层顺序优化的离散粒子群算法81

4.3.3 交换离散粒子群优化算法82

4.3.4 算例结果及讨论86

4.4 基于蚁群算法的层合板铺层角度优化设计89

4.4.1 层合板铺层角度优化问题描述89

4.4.2 问题转换与铺向角优化的蚁群算法90

4.4.3 算例结果及讨论92

4.5 基于蚁群算法的层合板铺层顺序优化设计96

4.5.1 问题转换与铺层顺序优化的蚁群算法96

4.5.2 算例结果及讨论97

参考文献98

第5章 复合材料加筋板优化设计100

5.1 复合材料加筋壁板屈曲分析方法100

5.1.1 工程经验法101

5.1.2 有限元法105

5.1.3 有限条法108

5.2 典型复合材料加筋板稳定性变参数分析109

5.3 多目标多约束复合材料加筋壁板优化118

5.3.1 成本模型119

5.3.2 制造工艺约束120

5.3.3 强度约束121

5.3.4 实际结构重量评估121

5.3.5 优化模型121

5.4 复合材料加筋壁板稳定性优化设计122

5.4.1 问题描述122

5.4.2 蚁群算法的实施过程124

5.4.3 结果与讨论125

参考文献128

第6章 复合材料翼面结构布局优化设计129

6.1 翼面结构布局优化的分级优化思想129

6.2 翼面纵向结构的布局优化130

6.2.1 基于改进ESO的翼面纵向结构布局优化130

6.2.2 基于递阶—蚁群的翼面纵向结构布局优化134

6.2.3 多梁多墙翼面纵向结构布局优化138

6.3 翼面结构形状与尺寸综合优化设计144

6.3.1 性能指标的定义144

6.3.2 基于两相法的翼面结构形状尺寸综合优化设计145

6.4 响应面近似技术148

6.4.1 神经网络响应面近似技术149

6.4.2 函数近似技术150

参考文献151

第7章 复合材料翼面结构气弹剪裁设计152

7.1 概述152

7.1.1 复合材料气弹剪裁的基本概念152

7.1.2 气弹剪裁研究现状及工程应用153

7.2 气动弹性问题的原理及其分析方法155

7.2.1 静、动气弹原理说明155

7.2.2 气动发散问题的物理现象和原理155

7.2.3 副翼效率问题物理现象和原理156

7.2.4 颤振问题物理现象和原理159

7.3 机翼刚度方向与气弹性能的关系162

7.4 基于NASTRAN的大展弦比复合材料机翼气弹剪裁设计163

7.4.1 NASTRAN优化模块164

7.4.2 算例165

7.5 复合材料翼盒颤振特性分析及多目标优化设计169

7.5.1 模型和分析方法170

7.5.2 使用多岛遗传算法优化翼盒颤振速度171

7.5.3 各段翼盒铺层参数对整体机翼的颤振速度影响176

7.5.4 翼盒多目标优化178

7.6 某型复合材料机翼工程化气弹剪裁优化设计180

7.6.1 F22气弹剪裁优化设计情况180

7.6.2 技术难点分析182

7.6.3 总体技术方案183

7.6.4 关键技术及解决途径184

参考文献189

第8章 翼面结构工程优化设计关键技术分析及设计流程190

8.1 翼面结构工程优化关键技术分析190

8.1.1 分级优化思想190

8.1.2 优化规模的控制192

8.1.3 合理有限元模型的建立193

8.1.4 灵敏度快速分析技术193

8.1.5 工程适用的优化算法194

8.1.6 快速布局设计工具软件的开发194

8.1.7 细节设计中铺层顺序优化的应用195

8.2 翼面结构工程优化设计流程196

参考文献198