The invention discloses a load and material dispersion of the reliability design method of composite structural optimization, the steps are as follows: (1) according to the characteristics of the composite structure, considering the material dispersion, determine the B reference material strength structure allowable value; (2) considering the influence of structure load uncertainty by load the engineering design of amplification factor design; (3) the maximum stress criterion for judging whether single plate failure criteria, reliability calculation of single plate using a two order moment method, reliability index and solving the total system; (4) according to the design theory of composite material structure, with composite material the ply angle and thickness as design variables, to ensure that the system structure is not lower than before the calculated reliability as the constraint, the lightest weight of the structure as the goal, a multi-objective optimization model, The structural reliability optimization of composite structures under consideration of load amplification factor and material B reference value is achieved.
【技术实现步骤摘要】
一种考虑载荷与材料分散性的复合材料结构可靠性优化设计方法
本专利技术涉及复合材料结构优化设计领域,特别涉及一种考虑载荷与材料分散性的复合材料结构可靠性优化设计方法。
技术介绍
复合材料是由高强度、低密度的纤维材料与基体组成,具有很多其它材料所不具有的特性,比如高比强度、比刚度、较好的疲劳性能、热绝缘性和各向异性等等,其应用范围越来越广。但是复合材料的机械性能与其加工制造等过程密切相关,其材料性能的离散度较大,因此考虑不确定性因素的复合材料结构可靠性分析是非常必要的。同时当复合材料结构材料选定后,在满足强度安全要求和一定水平的可靠度情况下,如何更加合理的设计复合材料结构,减轻结构的重量是设计者关心的重要问题。由于工程实践经验的增加、材料零件加工水平的提升及人们对各种不确定性水平认知的提升,近年来在实际工程设计中不再笼统的采用过去的安全系数方法对结构进行设计,而是对不同类型的随机参数采用不同的不确定性量化方法,如在考虑载荷加载的不确定性影响时,采用载荷放大系数方法进行量化,而在对材料强度参数不确定性量化时,则根据不同结构部位(关键部位、一般部位)分别采用材料的A级、B级基准设计许用值进行设计,其中B基准值的定义为:在95%的置信度下,期望至少90%总体数值大于或等于B级材料性能许用值。这些工程中新的不确定性量化方法的应用代表着人们对工程中不确定性因素的认知水平及结构设计水平的提升。近年来由于结构系统可靠性设计技术的发展,以及其在结构工程系统中的实践应用,使设计者感到基于可靠性的结构优化设计较传统的结构优化设计更为合理。常规的优化设计是以定值作为设计变量,没有确 ...
【技术保护点】
一种考虑载荷与材料分散性的复合材料结构可靠性优化设计方法,其特征在于,该方法实现步骤如下:步骤(1)、根据复合材料结构具有多种失效破坏模式的事实,考虑其主要失效模式即基体破坏和纤维断裂进行设计;步骤(2)、由于复合材料强度分散性及载荷加载具有随机的特性,在进行复合材料设计时,对其材料强度X
【技术特征摘要】
1.一种考虑载荷与材料分散性的复合材料结构可靠性优化设计方法,其特征在于,该方法实现步骤如下:步骤(1)、根据复合材料结构具有多种失效破坏模式的事实,考虑其主要失效模式即基体破坏和纤维断裂进行设计;步骤(2)、由于复合材料强度分散性及载荷加载具有随机的特性,在进行复合材料设计时,对其材料强度XT、XC、YT、YC、S进行B基准许用值的设计求解,对载荷的随机特性采用载荷放大系数CS的方法进行保守设计,其中XT,XC分别表示X方向的拉伸和压缩强度许用值,其中YT,YC分别表示Y方向的拉伸和压缩强度许用值,S表示单层板的面内剪切强度许用值;步骤(3)、初始层合板的结构为[0°/+θ°/-θ°/90°],层合板面内尺寸为a×b,层合板的层数为n,其中a是纤维方向板的长度,b是垂直纤维方向板的长度,单层板的相对厚度为di,i=1,2,…,n,其中di为第i层的厚度,0o方向为纤维方向,也即X方向,90°方向为面内垂直纤维方向也即Y方向;步骤(4)、针对上述确定性复合材料层合板建立求解模型,初始考虑铺层角度为45°,也即θ=45,在面内拉伸载荷NX,NY及面内剪切NXY下进行复合材料应力求解,得出其三个主要方向应力σT,σL,σS,然后通过最大应力强度准则对结构进行约束,求解出初始相对厚度(di)0,优化模型为:其中,M为优化目标函数,(di)0为第i单层板的初始厚度,n为单层板的层数,gm,gf分别为基体破坏和纤维断裂模式下的极限状态函数,gm≥0&gf≥0表示单层板在该种失效模式下是安全的,基体破坏极限状态函数gm表达式为:纤维断裂极限状态函数gf表达式为:
【专利技术属性】
技术研发人员:王晓军,樊维超,王睿星,王磊,蒋文婷,
申请(专利权)人:北京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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