●序
前言
第一篇 飛行器復合材料層合結構強度綜合可靠性分析與優化設計
第1章 復合材料力學性能 3
1.1 引言 3
1.2 復合材料力學基本理論 5
1.2.1 單層板本構關繫 5
1.2.2 經典層合板理論 6
1.2.3 單層板強度準則 6
1.3 復合材料結構力熱耦合分析 7
1.3.1 熱環境下材料性能退化模型 7
1.3.2 力熱耦合本構關繫 9
1.4 熱環境下靜載失效準則和性能退化規律 9
1.4.1 靜載作用下的強度失效準則 10
1.4.2 靜力失效的材料性能退化規律 12
1.5 力熱耦合疲勞失效準則和性能退化規律 12
1.5.1 疲勞載荷作用下的強度失效準則 12
1.5.2 疲勞載荷作用下的材料性能退化規律 14
1.6 本章小結 16
參考文獻 17
第2章 復合材料結構不確定性參數非概率定量化與可靠性分析 18
2.1 引言 18
2.2 復合材料非概率可信集合定量化方法 19
2.2.1 獨立參數可信區間量化 19
2.2.2 相關參數可信區間量化 22
2.2.3 非概率貝葉斯量化更新方法 26
2.3 結構可信可靠性的非概率集合理論 28
2.3.1 不確定性傳播分析 28
2.3.2 非概率可信可靠性分析 33
2.4 結構不確定性參數的重要性測度 37
2.4.1 多學科體繫的可靠性重要性測度問題描述 37
2.4.2 基於貝葉斯定理的非概率重要性測度分析方法 39
2.5 數值算例 39
2.6 本章小結 46
參考文獻 46
第3章 力熱耦合環境下復合材料層合結構靜強度可靠性優化設計 49
3.1 引言 49
3.2 問題描述 51
3.3 復合材料層合結構繫統級可靠性分析 52
3.3件級可靠性分析 52
3.3.2 主要失效路徑搜索 54
3.3.3 主要失效路徑失效可能性指標 56
3.3.4 繫統失效可能度求解 59
3.4 結構繫統可靠性優化設計方法 59
3.4.1 傳統安全繫數設計方法 59
3.4.2 基於可靠性的優化設計方法 60
3.5 兩種優化設計方法的比較 61
3.5.1 優化過程對比 61
3.5.2 優化原理對比 63
3.6 數值算例 64
3.6.1 復合材料層合板結構 64
3.6.2 復合材料加筋板結構 66
3.7 本章小結 76
參考文獻 76
第4章 力熱耦合環境下復合材料層合結構靜強度/疲勞/損傷容限可靠性綜合優化設計 78
4.1 引言 78
4.2 問題描述 79
4.3 現有的結構綜合設計思想 80
4.3.1 力-熱綜合設計的濕熱放大繫數法 80
4.3.2 靜力-疲勞綜合設計的靜強度覆蓋疲勞方法 81
4.4 靜力/疲勞/損傷容限強度綜合設計思想 85
4.4.1 結構設計的損傷容限要求 85
4.4.2 結構疲勞可靠性分析方法 87
4.4.3 強度綜合設計 87
4.5 算例驗證 91
4.5.1 復合材料帶孔板結構 91
4.5.2 復合材料機翼結構 93
4.6 本章小結 97
參考文獻 98
第二篇 飛行器復合材料層合結構多學科耦合可靠性優化設計
第5章 復合材料結構靜強度與氣動彈性可靠性綜合優化設計的雙序貫方法 101
5.1 引言 101
5.2 復合材料結構氣動彈性分析方法 103
5.2.1 氣動彈性理論 104
5.2.2 NASTRAN顫振計算 105
5.3 復合材料機翼結構氣動彈性與靜強度綜合優化 105
5.3.1 基於序貫優化思想的氣動彈性與靜強度綜合優化的一般策略 105
5.3.2 基於序貫優化思想的復合材料結構氣動彈性與靜強度確定性綜合優化設計 108
5.3.3 考慮不確定性因素影響的復合材料結構氣動彈性與靜強度綜合優化策略 110
5.4 數值算例 112
5.4.1 基於序貫優化思想的復合材料機翼氣動彈性與靜強度綜合優化 112
5.4.2 基於序貫優化思想的復合材料機翼氣動彈性與靜強度可靠性綜合優化設計 116
5.5 本章小結 118
參考文獻 118
第6章 力熱耦合環境下復合材料層合結構繫統多學科可靠性優化設計 120
6.1 引言 120
6.2 力熱耦合環境下多學科耦合分析 121
6.2.1 多物理場耦合關繫描述 121
6.2.2 復合材料結構力熱耦合分析流程 124
6.2.3 熱環境下機翼結構顫振分析 125
6.3 力熱耦合下多學科約束序貫優化方法 126
6.3.1 力熱耦合下機翼多學科約束優化問題描述 126
6.3.2 序貫優化策略 127
6.3.3 復合材料力熱耦合下多學科多約束序貫優化策略 128
6.4 算例驗證 132
6.5 本章小結 136
參考文獻 136
第7章 復合材料機翼氣動外形與結構鋪層綜合可靠性優化設計 138
7.1 引言 138
7.2 理想巡航外形優化 140
7.2.1 氣動外形參數化方法 140
7.2.2 理想巡航外形優化模型 146
7.3 型架外形優化 147
7.3.1 基於徑向基函數的耦合界面數據傳遞方法 147
7.3.2 靜氣動彈性計算 150
7.3.3 型架外形優化模型 153
7.4 復合材料機翼結構可靠性優化 154
7.4.1 復合材料機翼結構優化模型 155
7.4.2 結構優化算法 155
7.4.3 復合材料機翼結構可靠性優化模型 156
7.5 氣動/結構綜合可靠性優化設計 156
7.6 算例驗證 157
7.7 本章小結 162
參考文獻 162
第三篇 新型智能復合材料結構可靠性優化設計
第8章 多材料結構可靠性拓撲優化設計 167
8.1 引言 167
8.2 區間/凸集不確定性量化模型的數學描述 169
8.2.1 區間模型 169
8.2.2 凸模型 169
8.3 拓撲結構更新過程特征點位移邊界的響應預計 170
8.3.1 區間參數頂點法 171
8.3.2 凸集合規劃理論 171
8.3.3 有關區間模型和凸模型的幾點討論 172
8.4 多材料結構非概率可靠性拓撲優化 173
8.4.1 優化列式及建模邏輯 174
8.4.2 非概率可靠度指標的定義及求解 175
8.5 NRBTO設計模型求解的核心計算技術 176
8.5.1 可靠度設計敏度求解 177
8.5.2 靈敏度過濾技術 178
8.6 數值算例 180
8.6.1 雙材料航空枕梁結構優化 180
8.6.2 三材料航空壁板結構優化 183
8.7 本章小結 185
參考文獻 185
第9章 面向3D打印的材料/結構並發優化方法 188
9.1 引言 188
9.2 跨尺度結構設計問題的基本描述 189
9.2.1 異構類桁結構的剛度性能等效 190
9.2.2 雙層級結構的非概率可靠性拓撲優化架構 193
9.3 基於區間數學的跨尺度結構非概率可靠性評估 195
9.4 基於特征優化距離的設計敏度計算 199
9.5 數值算例 203
9.5.1 懸臂板結構的跨尺度設計 203
9.5.2 航空艙門接頭結構的跨尺度設計 207
9.6 本章小結 209
參考文獻 210
第10章 考慮承載防熱多功能一體化的復合材料結構可靠性拓撲優化設計 212
10.1 引言 212
10.2 碳纖維復合材料層合板熱導率計算模型 214
10.2.1 單向板熱導率計算 214
10.2.2 典型鋪層層合板熱導率計算 215
10.3 復合材料層合板力學性能等效 218
10.3.1 等效熱膨脹繫數計算 218
10.3.2 熱應力計算 219
10.4 復合材料層合板拓撲優化 221
10.4.1 不考慮溫度效應的復合材料層合板拓撲優化 221
10.4.2 力熱耦合環境下復合材料層合板拓撲優化 222
10.5 復合材料層合結構可靠性拓撲優化 223
10.5.1 非概率可靠性拓撲優化指標 223
10.5.2 非概率可靠性指標的靈敏度求解 224
10.6 數值算例 226
10.6.1 矩形板單材料力熱耦合拓撲優化 226
10.6.2 復合材料翼肋結構力熱耦合拓撲優化 228
10.7 本章小結 229
參考文獻 230
彩圖

本書重點論述了貧信息、少數據情況下復合材料結構不確定性分析與可靠性優化的非概率集合理論及其在航空航天飛行器設計領域中的應用。全書共分為三篇。第一篇以飛行器復合材料層合結構強度綜合可靠性分析與優化設計的基本理論為核心，建立了常溫/高溫環境、靜疲勞強度條件下的復合材料層合結構可信可靠度評價準則，形成了面向多約束凝聚的非概率優化方法。第二篇面向飛行器復合材料層合結構多學科耦合可靠性優化設計的精細化需求，重點探究了飛行器氣動結構熱氣彈學科交互的雙序貫尋優策略與高效協同求解算法，構建了計及氣動外形優化與復合材料結構鋪層優化並發交互的設計方案。第三篇結合新型智能復合材料結構不確定性優化設計的未來趨勢，提出了面向跨尺度、異材質、多功能集成的非概率可靠性拓撲優化方法，為優選飛行器繫統材料工藝設計集成一體的智能化發展提供必要的理論基礎。本書可作為航空航天、力學、機械工程、可靠性等專業的本科高年級學生及研究生等