复合材料蜂窝夹层板结构的多工况优化设计研究

       以复合材料蜂窝夹层板结构作为研究对象，建立了多工况优化模型，对众多的材料设计变量进行必要的取舍，通过优化分析确定复合材料蜂窝夹层板面板各分层的厚度以及蜂窝芯层的厚度等，使结构满足相应的频率约束、屈曲约束，以及强度约束、位移约束和尺寸限制等，同时达到结构的重量最轻。采用序列二次规划法对某卫星的承力筒结构进行了优化设计，优化结果表明：在满足其振动特性以及静力学特性的条件下，复合材料蜂窝承力简的各面板层厚度以及蜂窝芯层的厚度均有所减小，减重效果显著，较好地实现了复合材料蜂窝夹层板结构的多工况优化设计。

       近来年，蜂窝夹层板壳在卫星结构中有相当广泛的应用，甚至已经成为其主要的承力部件。蜂窝夹层板具有重量轻、强度高、刚度大的特点，其上下面板几乎提供了夹层的全部弯曲刚度及平面内的拉伸度：夹芯则提供了夹层的横向剪切刚度，同时还起到稳定面板，防止局部屈曲的作用。如何对蜂窝夹层板壳结构进行合理设计是本文希望解决的关键问题，既要满足严格的振动和静力学指标，同时又要尽可能地减轻结构重量。
 
       在卫星结构优化设计中，由于复合材料和蜂窝夹层板结构的存在，从而增加了许多可设计的变量，如纤维方向角、铺层方式、铺层厚度、表层和夹芯厚度等等。它们为结构优化提供了更大的潜力，同时也增加了分析的复杂性。复合材料多用于蜂窝夹层板的表板、壳体的壁及加强筋（如中心承力筒结构）等的设计。利用复合材料和蜂窝夹芯结构的可设计性进行卫星结构的优化设计，是目前卫星结构优化设计的主要特点之一。

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