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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