复合材料在航空工业中有着越来越广泛的应用,在航空发动机机匣等冷端部件中,以复合材料层合结构为主要结构形式。为了提高发动机的推重比,改善飞机的综合性能,有必要对复合材料层合结构进行优化设计。本文采用遗传算法并结合有限元数值解技术、响应面法,研究复合材料层合结构的可靠性与动力学综合优化设计方法,并开发相应的计算软件。本文的研究工作主要包括以下几个方面:(1)基于参数化有限元技术和复合材料层合结构有限元理论,研究了层合结构力学性能分析和模态分析的方法,开发了参数化有限元程序;给出了复合材料层合结构失效函数的定义方式,利用响应面——有限元法对复合材料层合结构进行可靠性分析。(2)建立了复合材料层合结构的多目标动力学优化模型,模型中以结构的重量、最大蔡吴数、最大位移和固有频率为分目标。其中后三者同时也是优化过程中受到控制的约束变量。这样优化得到的结构不仅在重量上是最轻的,而且具有最佳的结构性能。在此基础上进一步考虑结构可靠性因素,在约束变量中加入可靠度,建立了可靠性与动力学综合优化模型,使优化后结构更具有安全性。(3)开展了复合材料层合结构动力学优化算例分析和试验验证工作。对复合材料层合板结构进行了动力学优化分析;根据优化分析计算结果,对优化前后复合材料层合板结构进行静拉伸试验和模态试验验证。结果表明:优化后结构具有更轻的重量,并且在强度、刚度和动态特性方面就有更优的性能。(4)进行了复合材料层合结构可靠性与动力学综合优化算例的分析,结果表明,与结构动力学优化相比,综合优化后结构具有更好的安全性能。根据某机匣的结构特点,对其铺层参数进行结构可靠性与动力学综合优化设计,具有一定的工程应用价值。(5)针对复合材料层合结构特点,开展了遗传算法编码方式的研究,基于VC++6.0软件平台,开发了相应的遗传算法优化程序。利用操作系统调用命令,以批处理方式执行APDL有限元程序,将相应的有限元分析结果读取到优化程序中,从而实现了遗传算法与参数化有限元相结合的整体优化程序设计。