| 连续纤维增强复合材料结构基频最大化设计 |
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| 引用本文： | 程长征, 卞光耀, 王选, 龙凯, 李景传, 吴乔国. 连续纤维增强复合材料结构基频最大化设计[J]. 力学学报, 2020, 52(5): 1422-1430. DOI: 10.6052/0459-1879-20-083 |
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| 作者姓名： | 程长征 卞光耀 王选 龙凯 李景传 吴乔国 |
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| 作者单位： | 1.*合肥工业大学工程力学系, 合肥 230009;2.†合肥工业大学土木工程结构与材料安徽省重点实验室, 合肥 230009;3.**华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室, 北京 102206 |
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| 基金项目： | 国家自然科学基金;安徽省自然科学基金;中央高校基本科研业务费专项;中央高校基本科研业务费专项;中央高校基本科研业务费专项;中央高校基本科研业务费专项 |
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| 摘 要： | 与传统的金属材料相比,纤维增强复合材料在强度、刚度、抗断裂等诸多方面具备更优良的性能,目前纤维增强复合材料已在汽车、航空航天等工业领域得到了广泛应用.本文提出一种求解连续纤维增强复合材料结构无阻尼自由振动下的基频最大化问题的拓扑优化方法.为了实现结构拓扑构型与纤维角度的同步优化,建立了以准许的材料用量体积分数为约束、以结构的一阶特征值为目标函数的动力学拓扑优化模型,该模型包括表征结构拓扑构型的密度设计变量和表征纤维方向的角度设计变量.详细推导了特征值目标函数关于密度设计变量和角度设计变量的解析灵敏度列式,并采用移动渐进线方法 (method of moving asymptotes, MMA)进行了优化求解;最后通过3个数值算例验证本文方法的有效性,其中包括一个以刚度最大化为目标的静力学优化算例,和两个以一阶特征值为目标的动力学优化算例.结果表明,所提方法优化迭代过程稳健,收敛快,能够在实现结构拓扑构型与纤维角度的一体化优化的同时,有效提高结构的频率.
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| 关 键 词： | 拓扑优化 连续纤维 动力学优化 SIMP方法 |
| 收稿时间： | 2020-03-11 |
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