复合材料铺层优化设计文献综述
复合材料的力学性能
复合材料力学的研究内容分为细观力学和宏观力学两大部分。细观力学主要研究纤维，及基体组分性能与单向板性能关系，宏观力学主要研究层合板的刚度与强度分析、温湿环境影响等。从宏观力学的观点看，纤维增强复合材料可以认为是均匀，但是各向异性的。单个铺层称为单层板，是层合板结构的基本结构单元。
层合板是指由两层或两层以上的单层板粘合在一起成为整体的结构元件，层合板可以由不同材质的单层板构成，也可以由不同纤维铺设方向上相同材质的各向异性单层板构成。层合板的铺层顺序可用符号表示，这个符号叫做层合板标记。层合板铺层表示方法有：对称铺层，均衡铺层，均衡对称铺层，非对称铺层，非均衡铺层。由于组成层合板的各单层板情况不同，所以层合板在厚度方向上具有宏观非均质性。这种非均质性可以引起耦合效应，即层合板的面内应力会引起弯曲变形，而弯曲内力会引起面内变形。层合板的受力特性和各单层板密切相关。但是一层或几层单层板的破坏，虽然将引起层合板刚度的显著变化，但是层合板仍然可以由余下的各个单层板来承受更大的载荷，一直到全部单层板破坏引起层合板的总体破坏为止。
复合材料力学性能中的应力常指某一尺度范围内的平均应力。复合材料的铺层由性质完全不同的纤维和基体构成，是非均质的。材料研究常用的力学性能有:拉压强度、模量(纵向考擦纤维，横向考察树脂及界面）；弯曲强度、模量（组合受力）；短梁剪切强度（界面性能）；冲击性能（韧性）；层间断裂韧性（抗损伤性能）。由于纤维的存在，复合材料的纵向和横向刚度均比相应基体材料的刚度有所改善：纵向刚度的改善十分显著，是由于纤维起了主导作用。复合材料对纵向载荷的响应基于载荷在纤维和基体间的分担。由于纤维的模量比基体高的多，所以它承担了载荷的绝大部分，使复合材料性能比基体性能大为提高。当复合材料承受横向载荷时，不存在这种组分分担载荷的情况。高模量纤维起着限制基体变形的作用，这导致复合材料横向模量高于基体模量。当单向复合材料在纤维方向收到拉伸时，由于泊松效应，在横向要发生收缩。
基于改进粒子群优化算法的三维机织复合材料挡泥板多尺度设计：本文针对三维机织复合材料制备的汽车挡泥板提出了多尺度建模和优化策略。 考虑多载荷情况下的静刚度约束，将多尺度建模方法，克里格建模技术和改进的PSO算法相结合，实现了复合挡泥板的轻量化设计[1]。
使用半分析技术快速分析非对称面板：这篇文献已经在基于遗传算法的优化工具箱的背景下讨论了后屈曲能力及其实现。 该方法的主要优点是可以以非常有效的方式考虑宽范围的层压板，包括以中平面不对称为特征的层压板。 与Abaqus仿真的比较可以得出结论，该方法结合了闭式解的典型快速性和有限元分析的精度。结果突出显示了层压方案的非对称性所引起的效果，说明了单层板和板在周期性结构的情况下表现出的响应的实质性差异，如在加强板的情况下。该方法的高效实现允许在小于一秒的计算时间内执行非线性分析，使得即使在涉及大型设计空间时也适合执行结构优化。 针对基于标准有限元的程序的加速是在一个和两个数量级之间，因此，所提出的优化工具箱可以成功地用于充分利用非常规上层提供的定制机会。 已经讨论了两个应用实例，涉及用16个层和以7.50和150的台阶定向的层角度的层压板的屈曲最大化。 结果表明可以改善结构的屈曲载荷，同时限制其结构[2]。
机械强度下复合材料加筋板的优化和湿热负荷使用神经网络和遗传算法：这篇文献已经开发了机械和湿热载荷下的加筋板的优化程序。 这个过程由人工神经网络系统和遗传算法之间的相互作用组成，其目的是降低计算成本，通过有限元分析获得面板的响应，从而达到直接优化。 为了正确定义优化问题，已经通过FE分析了参考面板的行为，以便为可能的负载状态选择最重要的目标和约束[3]。
使用神经网络和遗传算法的三维编织复合加筋板的最小重量设计：基于多尺度有限元分析，神经网络和遗传算法的优化程序的开发导致加筋板受屈曲和后屈曲约束的最小重量设计。针对织物复合材料结构的三级层次建模方法，在典型体积单元的微观尺度上描述材料的纤维，纱线和力学性能，直到结构的宏观行为。 利用代表性的体积元素和周期性边界条件使织物复合材料的弹性性能均匀化。 用Python语言编写的专用模块用于连接TexGen和ABQAUS代码，以处理有限元分析产生的预处理和后处理数据。这里提出的程序的优化部分是基于使用神经网络和遗传算法获得的近似模型的组合。所报告的数值示例涉及受屈曲约束的加筋板的最小质量，涉及与织造参数有关的连续和离散的设计变量，以及由桁条的数量组成的板的结构。最后通过多尺度有限元分析验证了优化结构。 神经网络预测的临界荷载，预屈曲和后屈曲刚度与有限元分析结果吻合较好，验证了该方法的有效性。 最后，本文证明了所提出的优化策略在初步设计阶段对三维机织复合材料结构的优化是高效可靠的[4]。
复合材料铺层优化设计
铺层角度、铺层顺序等因素对材料的力学性能有重要影响，为了获得更加的优异的力学性能，有必要针对铺层复合材料进行优化设计。
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