Разработка методов проектирования композитных материалов и конструкций ракетно-космической техники

• Автор: Смердов, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.07.02, 05.02.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 410 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

1. Задачи оптимального проектирования композитных

материалов и конструкций.

1.1. Современное состояние вопроса

1.2. Анализ предельных возможностей и процесс предварительного проектирования

1.3. Инструменты исследования

2. Оптимальное проектирование многослойных волокнистых композитов.

2.1. Композит как объект оптимизации. Карты свойств и границы предельных возможностей.

2.2. Оптимизация жесткостных характеристик композитов

2.3. Композиты, оптимальные по прочности.

3. Оптимальное проектирование размеростабильных композитных конструкций.
3.1. Размеростабильные композитные конструкции и термомеханика композитов
3.2. Одноосные задачи размеростабильности.
3.3. Двухосные задачи и особые концепции размеростабильности
3.4. Анализ чувствительности в задачах размеростабильности
4. Оптимальное проектирование композитных конструкций с контролируемым демпфированием
4.1. Техническая теория демпфирования и постановки задач оптимизации диссипативных характеристик композитных элементов конструкций
4.2. Оптимизация характеристик демпфирования многослойных стержней.
4.3. Оптимизация характеристик демпфирования многослойных композитных пластин, панелей и оболочек
5. Оптимальное проектирование несущих цилиндрических оболочек.
5.1. Сравнительный анализ оптимальных несущих оболочек
различных конструктивных схем.
5.2. Задачи максимизации устойчивости многослойных цилиндрических оболочек
6. Оптимизация динамических и диссипативных характеристик трехслойных элементов конструкций с многослойными композитными обшивками.
6.1. Колебания трехслойных композитных стержней
6.2. Колебания трехслойных пластин с композитными обшивками
6.3. Колебания трехслойных композитных цилиндрических
панелей и оболочек
Выводы.
Список литературы


На рисунке изображена область Иу, являющаяся отображением допустимой области Ох в пространстве критериев: каждой точке в области Ох соответствует точка в координатах у, у2; в совокупности эти точки образуют область Пу. Для любой точки области Оу, например, точки А, можно указать такую точку В, в которой оба критерия лучше, чем в точке А. Исключением является часть границы области от максимума критерия у1 (точка С) до максимума критерия у2 (точка О). Дуга СП является образом области компромиссов в пространстве критериев. Аналогично, при У(Х) = {т1п у,(Х), т1п у2(Х)} областью компромиссов будет дуга ЕР, при У(Х) = {шах у](Х), пип у2(Х)} - дуга СР и при У(Х) = {гшп у'|(Х), тах у2(Х)} - дуга ИЕ. Единственным недостатком описанного подхода является то, что для построения области компромиссов необходимо перебрать все возможные реализации вектора X и сравнить каждую из них со всеми остальными. В общем же случае вместо области компромиссов может быть построена граница предельных возможностей проектируемого объекта [, ,6]. Граница предельных возможностей строится не в пространстве варьируемых параметров и не в пространстве свойств, а в пространстве требований к свойствам проектируемой конструкции. Это значит, что вид ее зависит не только от того, какие свойства выбраны для исследования, но и от того, какие требования к ним предъявлены (максимизация, минимизация, наибольшая близость к нулю и т. Граница предельных возможностей строится по точкам, в результате последовательности численных расчетов. Способ ее построения называется тактикой гибких приоритетов [6, 1]. В соответствии с этой тактикой сначала из вектора Y(X) выбирается один критерий yi(X). Для этого критерия ставится и решается цикл задач скалярной оптимизации, в которых сам он выступает в качестве целевой функции, а все остальные компоненты вектора Y(X) - в качестве офаничений. А -к), если у: (х) —> min y,(x)^extr; Vj*i ’ yj (1. Затем приоритеты в исследовании меняются; если это необходимо, на роль целевой функции выбирается другой критерий, и так продолжается до тех пор, пока не будет окончательно определен вид поверхности предельных возможностей. Процесс построения границы предельных возможностей для случая двух максимизируемых критериев Y(X) = {max yj(X), тах у2(Х)} показан на рис. Величины Aj(k) изменяются в пределах всего интересующего проектанта диапазона. Затем, если эго необходимо, возможен выбор другого критерия Ук(Х) в качестве целевой функции и повторение описанной процедуры. Решение скалярных задач продолжается до тех пор, пока не будет окончательно определен вид границы предельных возможностей, как эго показано на рис. Рис. Рис. Граница ОЭСН отделяет область с недостижимыми сочетаниями требований от области, в которой выполнение требований возможно (последняя на рисунке затенена). При этом не обязательно каждая точка границы предельных возможностей соответствует конструкции с точно заданными значениями характеристик (см. СН). Можно утверждать лишь, что существуют проекты, свойства которых не хуже (в данном случае - не меньше), чем сочетание требований в любой из точек границы. Имея график, подобный показанному на рис. ЛПР может выбирать варианты компромиссного сочетания требований по критериям У1(Х), и у2(Х). Следует отметить, что в случае использования глобального перебора для решения локальных задач (1. Значительно проще может быть проведено исследование предельных возможностей в тех случаях, когда вектор X содержит лишь один варьируемый параметр. Такие случаи одномерной оптимизации встречаются, например, при проектировании перекрестно армированных и ортогонально армированных многослойных структур и в некоторых других задачах. В этих случаях достаточно построить графики параметрического анализа. Поскольку каждому значению единственного варьируемого параметра X] соответствует единственный набор всех ЛКЭ, можно перестроить зависимости у|(хО и уг(х]) в зависимость уз(у|). Имея график этой зависимости, можно непосредственным анализом выделить область компромиссов.