基于遗传算法的碳纤维增强树脂复合材料层合板单搭胶接结构的多目标优化

• 作者: 胡春幸 侯玉亮 铁瑛 李成 田可可
• 来源期刊: 复合材料学报
• 关键词: 复合材料 单搭接 代理模型 遗传算法 多目标优化
• 年，卷（期）: 2021,（6）
• 所属期刊栏目: 树脂基复合材料|Resin Matrix Composite
• 页码范围: 1847-1858
• 页数: 12页
• 分类号: TB332
• 语种: 中文
• DOI: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200824.001

摘要

基于遗传算法对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)层合板单搭胶接结构进行了多目标优化,以提高其结构性能.首先,通过三维Hashin准则和三角形内聚力模型建立三维有限元模型来预测CFRP层内损伤过程、层间失效和胶层损伤过程,并通过试验验证其有效性.其次,利用拉丁超立方抽样(LHS)方法和二次多项式响应面法(RSM),基于搭接长度、胶层厚度和被胶接件宽度等胶接参数建立以拉伸强度和剪切强度为目标函数的多目标优化代理模型.最后,基于遗传算法(GA)对拉伸强度和剪切强度代理模型进行优化,得出一组Pareto解集,并基于理想解排序方法(TOPSIS)对Pareto非劣解集进行折中处理,得到最好的胶接参数设计方案.结果表明:CFRP层合板单搭胶接结构的数值模拟结果与试验结果相比具有很高的吻合度,验证了有限元方法的可靠性;CFRP层合板单搭胶接结构的拉伸强度和剪切强度与搭接长度、胶层厚度和被胶接件宽度具有显著的关联性;二次响应面代理模型结果与数值模拟结果相比误差均小于2.3％;与常规的单搭胶接结构方案进行对比,搭接拉伸强度和剪切强度分别提高了 2.65％和17.24％.