<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">CMES</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Computer Modeling in Engineering &#x0026; Sciences</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1526-1506</issn>
<issn pub-type="ppub">1526-1492</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">17368</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2022.017368</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Design of Multi-Coupled Laminates with Extension-Twisting Coupling for Application in Adaptive Structures</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Design of Multi-Coupled Laminates with Extension-Twisting Coupling for Application in Adaptive Structures</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Design of Multi-Coupled Laminates with Extension-Twisting Coupling for Application in Adaptive Structures</alt-title>
</title-group>
<contrib-group content-type="authors">
<contrib id="author-1" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Cui</surname><given-names>Da</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref>
</contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Li</surname><given-names>Daokui</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref><email>lidaokui@nudt.edu.cn</email>
</contrib>
<contrib id="author-3" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Zhou</surname><given-names>Shiming</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref>
</contrib>
<aff id="aff-1"><label>1</label><institution>College of Aerospace Science and Engineering, National University of Defense Technology</institution>, <addr-line>Changsha, 410073</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-2"><label>2</label><institution>Hunan Key Laboratory of Intelligent Planning and Simulation for Aerospace Missions</institution>, <addr-line>Changsha, 410073</addr-line>, <country>China</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Daokui Li. Email: <email>lidaokui@nudt.edu.cn</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub" date-type="pub" iso-8601-date="2021-11-24"><day>24</day>
<month>11</month>
<year>2021</year></pub-date>
<volume>130</volume>
<issue>1</issue>
<fpage>415</fpage>
<lpage>441</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>07</day><month>5</month><year>2021</year></date>
<date date-type="accepted"><day>16</day><month>7</month><year>2021</year></date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2022 Cui et al.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Cui et al.</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_CMES_17368.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>The multiple coupling of composite laminates has a unique advantage in improving the macro mechanical properties of composite structures. A total of three hygro-thermally stable multi-coupled laminates with extension-twisting coupling were presented, which were conducive to the formation of passive adaptive structures. Then, the multi-coupled laminates were used to design the bending-twisting coupled box structure, in which the configuration of laminate and box structure could be extended to variable cross-section configuration. The optimal design of stacking sequence was realized, the optimization objectives of which were to maximize bending-twisting coupling of box structure and extension-twisting coupling of laminate, respectively. The effects of multiple coupling on hygro-thermal stability, coupling, failure strength, buckling load, robustness and other comprehensive mechanical properties of laminates and box structures were analyzed by parametric modeling method. The results show that the extension-twisting coupling of laminate and the bending-twisting coupling of box structures can be greatly improved by 450&#x0025; and 260&#x0025; at maximum, respectively. Meanwhile, it would have a negative impact on the failure strength and buckling load, which, however, can be minimized by a reasonable paving method. Multi-coupled laminates have good robustness, and the bending-twisting coupling helps improve robustness. Finally, the hygro-thermal stability and mechanical properties were verified by numerical simulation with finite element method.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Multi-coupled laminate</kwd>
<kwd>passive adaptive structures</kwd>
<kwd>optimal design</kwd>
<kwd>mechanical properties</kwd>
<kwd>numerical simulation</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1"><label>1</label><title>Introduction</title>
<p>Passive adaptive structure has become the forefront and research hotspot in the present era with its unique advantages in the field of aerospace and wind power. For instance, the bending-twisting coupled principle bearing structure can control the aeroelastic deformation of the forward-swept wing aircraft, thereby inhibiting the rapid decline of the critical velocity caused by aeroelastic divergence and improving design performance and aeroelastic properties [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>]. The adaptive bending-twisting coupled wind turbine blades structure enables the blades to change their aerodynamic torsion angles in real time according to wind speed, thus effectively avoiding blade damage and fracture under the action of strong wind [<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-4">4</xref>].</p>
<p>The stiffness characteristics of the passive adaptive structure can be realized by the paving design of composite laminate [<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>]. The reasonable paving angle of each lamina enables the laminates to have special couplings, including extension-shearing [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>], extension-twisting [<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>] and bending-twisting couplings [<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>], etc. Then, the structures composed of these laminates demonstrate the required coupling stiffness. It is worth noting that hygro-thermal deformation should be firstly considered in the paving design process of laminates. Under this premise, many scholars have studied various types of laminates to varying degrees. On the basis of the concept of hygro-thermal warpage stability proposed by Winckler [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>], Cross et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>] designed asymmetrical composite materials without hygro-thermal warpage deformation. Then, Haynes et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>] optimized the stacking sequence of hygro-thermally warpage stable composite materials with extension-twisting coupling and bending-twisting coupling [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>]. Subsequently, York successively studied the hygro-thermally warpage stable laminates of standard laminates [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>] and other special angle laminates [<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>], and then designed extension-shearing and bending-twisting coupled laminated plates [<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>] to maximize the shear buckling strength of the adaptive flexible wing box structure. On this basis, a large number of researches on laminate layup design have been carried out [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>]. Furthermore, the buckling load and coupling of hygro-thermally stable laminates were simultaneously considered by Li in the process of optimization design, including extension-shearing coupled laminates [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>] and extension-twisting coupled laminates [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>]. Cui designed and optimized the single fiber [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>] and interlayer hybrid [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>] extension-shearing coupled laminates with hygro-thermal stability.</p>
<p>The above-mentioned research is mainly aimed at the single coupling of laminate, and strives to achieve the best mechanical properties of laminates or composite structures formed by laminates. The single coupling of laminate limits the range of the paving angle to a large extent despite the fact that it is easy to design, resulting in the inability of the laminate to effectively give play to its advantages in improving mechanical properties in the form of free layup. Moreover, the single coupling of laminate is likely to cause limitations, such as bending-twisting coupling that may reduce buckling load [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>]. Therefore, this article focuses on multi-coupled laminates, expecting to achieve a significant improvement in the mechanical properties.</p>
<p>The multi-coupled laminates refer to laminates that contain two or more couplings that can exist independently at the same time. There are few studies on multi-coupled laminates in existing research. Moore et~al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>] realized the paving design of the hygro-thermally isotropic laminate with the maximum extension-twisting coupling, and the optimized laminate had both extension-twisting coupling and extension-bending couplings. Subsequently, York et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>] designed a laminate with both extension-shearing and bending-twisting couplings to maximize the shear buckling strength of the adaptive flexible wing box structure. In view of the advantages of single-coupled laminates in improving mechanical properties and overcoming the limitations, the paving design of multi-coupled laminates was studied.</p>
<p>The innovation of this article lies in improving the comprehensive mechanical properties of the composite structure from the perspective of the multi-couplings of the laminate. The universal analytical conditions for hygro-thermally stable multi-coupled laminates with extension-twisting coupling were established. Then, the multi-coupled laminates were used to design hygro-thermally stable adaptive structures, in which the configuration of laminate and structure could be extended to variable cross-section configuration. The optimal design was realized for the multi-coupled laminates and adaptive structures. Meanwhile, the effect of multi-coupling on laminates and adaptive structures was explored in terms of coupling effect, failure strength, bucking load and robustness.</p>
</sec>
<sec id="s2"><label>2</label><title>Multi-Coupled Laminates</title>
<p>There are many kinds of multi-coupled laminates. Considering the extension-twisting coupling (a kind of extensively studied coupling) of laminate plays a notable role in the design of adaptive structures, the multi-coupled laminates with such coupling are studied in the following research. In order to maximize the advantages of laminates, the paving form of laminates should be no longer limited to special forms such as standard layups and symmetrical layups. The possible coupling, except extension-twisting coupling, may possess include one or more of the following couplings: extension-shearing, extension-bending, bending-twisting and shearing-twisting couplings. It is worth noting that the coexistence of extension-shearing coupling and extension-twisting coupling will not be conducive to the improvement of the adaptive ability of the structure. It mainly reflects that the paving orders of the upper and lower flanges of adaptive box structure are completely the opposite. Thus, other couplings here do not include extension-shearing coupling.</p>
<sec id="s2_1"><label>2.1</label><title>Double-Coupled Laminates</title>
<p>In addition to extension-twisting coupling, other coupling of double-coupled laminates may include one of the following couplings: extension-bending coupling, shearing-twisting coupling and bending-twisting coupling. The <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>lt</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate (extension-bending and extension-twisting coupled) was firstly studied. Based on the classical laminates theory (CLT) [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>], extension-twisting coupling coefficients <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and extension-bending coupling coefficients <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> should not be zero. Meanwhile, remaining stiffness coefficients should be zero. The stiffness equation is expressed as
<disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The stiffness coefficients <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> of laminate can be calculated by the material constants <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> of each lamina and the geometric factors <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> of laminate [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>], namely
<disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where, the expressions of <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">Eq. (3)</xref>. The purpose of using geometric factors is applicable to all elastic composite materials.
<disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="1.4em 0.4em 0.4em 0.4em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>8</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>8</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>8</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>8</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where, <italic>H</italic> is the thickness of the laminate; <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are the layer angle and position of <italic>k</italic>-ply lamina. Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">Eq. (2)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref> gives
<disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>The relationships of hygro-thermal stability for laminates are [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>]
<disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>However, <inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> cannot satisfy the relationships between <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-4">Eqs. (4)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">(5)</xref>, indicating the non-existence of hygro-thermally stable <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>lt</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate.</p>
<p>Then, considering <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate (bending-twisting and extension-twisting coupled), whose stiffness equation is
<disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Inserting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">Eq. (2)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6">Eq. (6)</xref>, it yields
<disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">Eq. (7)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">Eq. (5)</xref>, we obtain hygro-thermally stable <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate
<disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Furthermore, the extension-bending coupling must co-exist with shearing-twisting coupling (<inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>), indicating that there is no laminate with only shearing-twisting coupling or extension-twisting coupling. In brief, when the double-coupled laminate with extension-twisting coupling is used to construct hygro-thermally stable composite structures, only <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate is feasible.</p>
</sec>
<sec id="s2_2"><label>2.2</label><title>Triple- and Quadruple-Coupled Laminates</title>
<p>The shearing-twisting coupling will produce the extension-bending coupling (<inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>); however, the reverse is not necessarily true (<inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>). Thus, there are two kinds of triple-coupled laminates: <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate (shearing-twisting, extension-bending and extension-twisting coupled) and <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>lt</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate (bending-twisting, extension-bending and extension-twisting coupled). In terms of quadruple-coupled laminates, only <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate (bending-twisting, extension-bending, shearing-twisting and extension-twisting coupled) is feasible.</p>
<p>The stiffness equation of <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate is
<disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">Eq. (2)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">Eq. (9)</xref>, it gives
<disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">Eq. (10)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">Eq. (5)</xref>, we obtain the hygro-thermally stable <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate, namely
<disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Furthermore, the stiffness equation of <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>lt</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate is expressed as
<disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">Eq. (2)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-12">Eq. (12)</xref>, it gives
<disp-formula id="eqn-13"><label>(13)</label><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>However, <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> cannot satisfy the relationships between <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">Eqs. (13)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">(5)</xref>, indicating the non-existence of hygro-thermally stable <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>lt</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate.</p>
<p>Similarly, for composite <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminates, the stiffness equation is
<disp-formula id="eqn-14"><label>(14)</label><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">Eq. (2)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-14">Eq. (14)</xref>, it yields
<disp-formula id="eqn-15"><label>(15)</label><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-15">Eq. (15)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">Eq. (5)</xref>, we obtain hygro-thermally stable <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate, namely
<disp-formula id="eqn-16"><label>(16)</label><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>In brief, when the extension-twisting coupled laminates with three or more couplings are used to construct hygro-thermally stable composite structures, only <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate (triple-coupled) and <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate (quadruple-coupled) are presented, as shown in <?A3B2 "tbl1",5,"anchor"?><xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref>. As can be seen from the table, <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate is the single coupled laminate with extension-twisting coupling and shearing-bending coupling. Since these two couplings cannot exist separately, <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate is recorded as the single-coupled laminate. The necessary and sufficient conditions of the hygro-thermally stable <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate are given in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>].</p>
<table-wrap id="table-1"><label>Table 1</label><caption><title>Universal analytical conditions of hygro-thermally stable laminates with extension-twisting coupling</title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th align="left">Type</th>
<th align="left">Number of couplings</th>
<th align="left">Necessary and sufficient conditions</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="left"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate</td>
<td align="left">1</td>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate</td>
<td align="left">2</td>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate</td>
<td align="left">3</td>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate</td>
<td align="left">4</td>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
</sec>
<sec id="s3"><label>3</label><title>Bending-Twisting Coupled Structures</title>
<p>There are two types of typical composite adaptive structures, namely bending-twisting coupled structure and extension-twisting coupled structure [<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>]. Both of these adaptive structures can be designed by laminates with extension-twisting coupling. The method of studying the extension-twisting coupled adaptive structure is similar to that of the bending-twisting coupled adaptive structure, so this article only focuses on only one adaptive structure. The bending-twisting coupled structure, which has broad application prospects in the field of aerospace and wind power, is studied here.</p>
<sec id="s3_1"><label>3.1</label><title>Mathematical Model</title>
<p>The geometric shape of bending-twisting coupled variable cross-section box structure is shown in <?A3B2 "fig1",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref>, where the bending-twisting coupled structure is composed of an upper flange, a lower flange and two web laminates. Meanwhile, the size of laminate can be not limited to rectangular shape. The cross-sectional area from the fixed end to the free end gradually decreases. The reference frame indicates the frame of box structure with equal section, which is to help describe the size of the variable cross-section box structure. The angles between the upper and lower flanges with the vertical surfaces of the fixed end (surface <italic>C</italic><sub>1</sub><italic>C</italic><sub>2</sub><italic>C</italic><sub>3</sub><italic>C</italic><sub>4</sub> and surface <italic>C</italic><sub>5</sub><italic>C</italic><sub>6</sub><italic>C</italic><sub>7</sub><italic>C</italic><sub>8</sub>) are <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (as shown in vertical view), respectively. The angles between the two web laminates with the vertical surfaces of the fixed end (surface <italic>C</italic><sub>1</sub><italic>C</italic><sub>5</sub><italic>C</italic><sub>8</sub><italic>C</italic><sub>4</sub> and surface <italic>C</italic><sub>2</sub><italic>C</italic><sub>6</sub><italic>C</italic><sub>7</sub><italic>C</italic><sub>3</sub>) are <inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (as shown in end view), respectively. The box structure can be applied to the analysis of the box section structure, such as the main load-bearing box segment wing structure.</p>
<fig id="fig-1"><label>Figure 1</label><caption><title>Geometric diagram of bending-twisting coupled variable cross-section box structure</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_17368-fig-1.png"/></fig>
<p>Considering the outstanding performance of extension-twisting coupling of laminate on constituting the bending-twisting coupling of box structure, the laminates with extension-twisting coupling in <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref> are taken to design the variable cross-section bending-twisting coupled box structure, hoping to maximize torsion deformation under the same bending moment. Thus, the optimization goal is to maximize the bending-twisting coupling of the box structure. Furthermore, merits and demerits of multi-couplings in the application of adaptive structures should be explored. The extension-twisting coupling of multi-coupled laminate mainly determines the bending-twisting coupling of box structure, so the optimization goal should also be to maximize extension-twisting coupling, which can be achieved by the extension-twisting coupled flexibility coefficient <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>The torsion deformation of the box structure can be measured by the vertical (<italic>z</italic>-direction) displacement difference <italic>c</italic> of the two corner points of the free end of upper or lower flanges, as shown in <?A3B2 "fig2",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>. The design of the bending-twisting coupled structure with multi-coupling laminate makes the coupling performance of the structure more complicated, which leads to the difficulty in the analytical expression of the static deformation of the structure. Therefore, the parametric modeling method is used to achieve high-precision solution of the displacement of each point of bending-twisting coupled structure with variable size and stacking sequence, and the corresponding deformation results can be extracted with the help of the finite element software.</p>
<p>The wing of an executive jet transport (EJT) was used as a research object. In the light of the physical parameters of EJT, the wing size can be set as the lengths of the wing root, wing tip and wingspan are 4.57&#x2005;m, 1.52&#x2005;m and 8.26&#x2005;m, respectively [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>]. Considering the complex combination forms of actual wing structure and tiny ratio of skin thickness to wing span, it is pointless to apply the load directly to the skin structure. Therefore, a scaled model of wing structure was taken for the design optimization, with <italic>b</italic><sub>1&#x2009;</sub>&#x003D;<sub>&#x2009;</sub>100&#x2005;mm, <italic>b</italic><sub>2&#x2009;</sub>&#x003D;<sub>&#x2009;</sub>33&#x2005;mm and <italic>L&#x2009;</italic>&#x003D;<italic>&#x2009;</italic>180&#x2005;mm. The height difference between the upper and lower flanges at the fixed end <italic>h</italic><sub>1</sub> is 10&#x2005;mm, and the height difference at the free end <italic>h</italic><sub>2</sub> is 4&#x2005;mm, <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In view of the skin thickness is generally 2 mm, the number of layers <italic>n</italic> can be set to 12&#x2013;16 if the thickness of lamina is 0.14 mm. The surface <italic>C</italic><sub>4</sub><italic>C</italic><sub>8</sub><italic>C</italic><sub>7</sub><italic>C</italic><sub>3</sub> (as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref>) of box structure is fixed, and other surfaces are no longer constrained by displacement. The material parameters of lamina are presented in <?A3B2 "tbl2",5,"anchor"?><xref ref-type="table" rid="table-2">Table 2</xref> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>].</p>
<fig id="fig-2"><label>Figure 2</label><caption><title>Schematic diagram of torsion deformation of the bending-twisting coupled box structure</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_17368-fig-2.png"/></fig>
<table-wrap id="table-2"><label>Table 2</label><caption><title>Material properties of IM7/8552 graphite/epoxy composite lamina</title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<tbody>
<tr>
<td>Elastic modulus, GPa <italic>E</italic><sub>1</sub></td>
<td>161.0</td>
<td>Axial compressive strength, MPa <italic>X<sub>c</sub></italic></td>
<td>1761</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Elastic modulus, GPa <italic>E</italic><sub>2</sub></td>
<td align="left">11.38</td>
<td align="left">Transverse compressive strength, MPa <italic>Y<sub>c</sub></italic></td>
<td align="left">347</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Shear modulus, GPa <italic>G</italic><sub>12</sub></td>
<td align="left">5.17</td>
<td align="left">Shear strength, MPa <italic>S</italic></td>
<td align="left">120</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Poisson&#x0027;s ratio <italic>&#x03BD;</italic><sub>21</sub></td>
<td align="left">0.38</td>
<td align="left">Thickness of each lamina, mm <italic>t</italic></td>
<td align="left">0.14</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Axial tensile strength, MPa <italic>X<sub>t</sub></italic></td>
<td align="left">2647</td>
<td align="left">Thermal expansion coefficient &#x03BC;/&#x00B0;C &#x03B1;<sub>1</sub></td>
<td align="left">&#x2212;0.0181</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Transverse tensile strength, MPa <italic>Y<sub>t</sub></italic></td>
<td align="left">127</td>
<td align="left">Thermal expansion coefficient &#x03BC;/&#x00B0;C &#x03B1;<sub>2</sub></td>
<td align="left">24.3</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The upper and lower flanges of the wing should produce torsion deformation in the same direction. The bending moment of box structure can be equivalent to the force of the same magnitude and opposite direction. Therefore, the paving angle of the upper and lower flanges should be opposite to each other. Compared with the upper and lower flanges, the web laminate is very small in size, and the laminate [60/&#x2212;60/&#x2212;60/0/0/0/60/60/0/&#x2212;60/60/60/&#x2212;60/&#x2212;60/&#x2212;60/0/0/60]<sub>T</sub> without any couplings is taken. The external bending moment <italic>M</italic> is 0.12&#x2005;N&#x22C5;m. The constraint conditions are the relationships in <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref>. The optimal mathematical models for four extension-twisting coupled laminates in <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref> and their bending-twisting coupled box structures are shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">Eqs. (17)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-20">(20)</xref>, respectively.
<disp-formula id="eqn-17"><label>(17)</label><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="1.2em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>90</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>90</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mspace width="1em" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-18"><label>(18)</label><mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="1.2em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>90</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>90</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mspace width="1em" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-19"><label>(19)</label><mml:math id="mml-eqn-19" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="1.2em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>90</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>90</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mspace width="1em" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-20"><label>(20)</label><mml:math id="mml-eqn-20" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="1.2em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>90</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>90</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mspace width="1em" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s3_2"><label>3.2</label><title>Optimization</title>
<p>Owing to the strong nonlinear equality constraints, the DE_CMSBHS algorithm was used for optimization combined with the penalty function [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>]. The initial population was about 15 times of <italic>n</italic> (number of plies). The evolutionary algebra was set as 3000 (large enough to ensure convergence). According to the optimized mathematical model shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">Eqs. (17)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-20">(20)</xref>, the optimal design of laminate and box structure was realized. <?A3B2 "tbl3",5,"anchor"?><?A3B2 "tbl4",5,"anchor"?><?A3B2 "tbl5",5,"anchor"?><?A3B2 "tbl6",5,"anchor"?><xref ref-type="table" rid="table-3">Tables 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="table" rid="table-6">6</xref> show the stacking sequences, analytical solutions of extension-twisting coupling and torsion deformation of bending-twisting coupled structure, respectively.</p>
<table-wrap id="table-3"><label>Table 3</label><caption><title>Stacking sequence and stiffness performance of hygro-thermally stable <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>t</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminates and their bending-twisting coupled box structures</title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left" charoff="80pt"/>
<col align="left"/>
<col charoff="17"/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th align="left">Optimization objectives</th>
<th align="left">Number</th>
<th align="left">Stacking sequences/&#x00B0;</th>
<th align="left"><italic>c</italic>/m</th>
<th align="left">&#x007C;<italic>b</italic><sub>16</sub>&#x007C;/N<sup>&#x2212;1</sup></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">[74.78/&#x2212;13.54/&#x2212;27.38/65.86/58.36/&#x2212;51.20/ &#x2212;35.99/28.93/24.41/&#x2212;64.63/19.64/&#x2212;78.08]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.08&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">4.06&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">13</td>
<td align="left">[&#x2212;18.25/71.39/&#x2212;90.00/56.47/&#x2212;22.64/&#x2212;26.71/ 39.10/1.45/&#x2212;64.63/&#x2212;70.70/36.49/12.95/&#x2212;76.89]<sub>T</sub></td>
<td align="left">9.22&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">1.99&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td>Max &#x007C;<italic>b</italic><sub>16</sub>&#x007C; of<break/> laminates</td>
<td align="left">14</td>
<td align="left">[&#x2212;90.00/&#x2212;18.80/65.44/&#x2212;90.00/11.60/&#x2212;24.49/ &#x2212;13.18/25.70/19.23/90.00/&#x2212;42.88/90.00/ &#x2212;84.06/13.61]<sub>T</sub></td>
<td align="left">4.81&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">7.55&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">15</td>
<td align="left">[4.87/&#x2212;74.49/25.77/ &#x2212;69.77/90.00/3.46/ 46.07/&#x2212;40.79/&#x2212;26.98/39.52/&#x2212;90.00&#x2212;90.00/ &#x2212;12.66/67.17/&#x2212;11.15]<sub>T</sub></td>
<td align="left">7.06&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">1.14&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">16</td>
<td align="left">[88.19/2.64/69.09/
&#x2212;29.40/&#x2212;28.17/&#x2212;26.79/ 49.73/42.18/32.47/ 90.00/&#x2212;65.13/&#x2212;67.78/ 18.39/&#x2212;31.79/90.00/16.45]<sub>T</sub></td>
<td align="left">6.00&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">7.27&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">[74.78/&#x2212;13.54/&#x2212;27.38/65.86/58.36/&#x2212;51.20/ &#x2212;35.99/28.93/24.41/&#x2212;64.63/19.64/&#x2212;78.08]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.08&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">4.06&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">13</td>
<td align="left">[&#x2212;18.25/71.39/&#x2212;90.00/56.47/&#x2212;22.64/&#x2212;26.71/ 39.10/1.45/&#x2212;64.63/&#x2212;70.70/36.49/12.95/ &#x2212;76.89]<sub>T</sub></td>
<td align="left">9.22&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">1.99&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Max <italic>c</italic> of bending-twisting coupled structures</td>
<td align="left">14</td>
<td align="left">[&#x2212;90.00/&#x2212;18.80/65.44/&#x2212;90.00/11.60/ &#x2212;24.49/&#x2212;13.18/25.70/ 19.23/90.00/&#x2212;42.88/ 90.00/&#x2212;84.06/13.61]<sub>T</sub></td>
<td align="left">4.81&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">7.55&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">15</td>
<td align="left">[4.87/&#x2212;74.49/25.77/&#x2212;69.77/90.00/3.46/ 46.07/&#x2212;40.79/&#x2212;26.98/39.52/&#x2212;90.00&#x2212;90.00/ &#x2212;12.66/67.17/&#x2212;11.15]<sub>T</sub></td>
<td align="left">7.06&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">1.14&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">16</td>
<td align="left">[88.19/2.64/69.09/&#x2212;29.40/&#x2212;28.17/&#x2212;26.79/ 49.73/42.18/32.47/90.00/&#x2212;65.13/&#x2212;67.78/ 18.39/&#x2212;31.79/90.00/16.45]<sub>T</sub></td>
<td align="left">6.00&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">7.27&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap id="table-4"><label>Table 4</label><caption><title>Stacking sequence and stiffness performance of hygro-thermally stable <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>t</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminates and their bending-twisting coupled box structures</title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left" charoff="60pt"/>
<col align="left"/>
<col align="left" charoff="17"/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th align="left">Optimization objectives</th>
<th align="left">Number</th>
<th align="left">Stacking sequences/&#x00B0;</th>
<th align="left"><italic>c</italic>/m</th>
<th align="left">&#x007C;<italic>b</italic><sub>16</sub>&#x007C;/N<sup>&#x2212;1</sup></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="left" rowspan="4">Max &#x007C;<italic>b</italic><sub>16</sub>&#x007C; of laminates</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">[74.91/&#x2212;21.11/&#x2212;23.97/62.59/55.32/&#x2212;52.34/ &#x2212;34.29/32.27/27.13/&#x2212;66.93/19.92/&#x2212;72.37]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.16&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">4.33&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">[73.41/71.62/&#x2212;17.91/&#x2212;19.70/&#x2212;19.49/&#x2212;56.42/ 44.94/35.35/27.70/&#x2212;56.24/&#x2212;69.05/90.00/13.37]<sub>T</sub></td>
<td align="left">9.30&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">2.74&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">[17.67/&#x2212;69.59/&#x2212;67.25/&#x2212;64.73/29.36/34.08/ 39.83/&#x2212;31.37/ 53.55/&#x2212;34.38/&#x2212;27.82/69.31/ &#x2212;21.49/74.83]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.22&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">3.45&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">[&#x2212;17.49/&#x2212;18.85/81.55/&#x2212;22.94/75.35/70.51/ 90.00/47.13/26.65/ 15.67/&#x2212;62.05/7.72&#x2212;67.86/ &#x2212;69.75/2.39]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.01&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">2.25&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">16</td>
<td align="left">[&#x2212;77.71/&#x2212;76.55/9.65/&#x2212;72.66/13.05/9.15/26.96/ 48.66/&#x2212;29.99/&#x2212;25.34/62.01/&#x2212;90.00/&#x2212;90.00/ &#x2212;15.84/&#x2212;14.51/79.04]<sub>T</sub></td>
<td align="left">7.28&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">1.70&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">[74.91/&#x2212;21.11/&#x2212;23.97/62.59/55.32/&#x2212;52.34/ &#x2212;34.29/32.27/27.13/&#x2212;66.93/19.92/&#x2212;72.37]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.16&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">4.33&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">13</td>
<td align="left">[71.11/&#x2212;15.93/67.20/&#x2212;23.07/45.55/&#x2212;34.95/ &#x2212;42.80/90.00/17.62/&#x2212;63.44/28.32/25.63/&#x2212;73.87]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.10&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">2.72&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Max <italic>c</italic> of bending-twisting coupled structures</td>
<td align="left">14</td>
<td align="left">[&#x2212;22.80/&#x2212;25.38/69.57/ 65.67/60.73/&#x2212;16.73/ 47.82/&#x2212;55.29/34.68/&#x2212;58.68&#x2212;61.47/21.87/ &#x2212;66.48/16.86]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.28&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">3.02&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">15</td>
<td align="left">[&#x2212;16.21/&#x2212;17.95/66.15/63.23/ 59.91/&#x2212;29.00/43.11/ 90.00/&#x2212;46.02/&#x2212;53.59/ 14.10/&#x2212;66.24/&#x2212;70.48/ 23.54/21.35]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.20&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">2.15&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">16</td>
<td align="left">[&#x2212;77.71/&#x2212;76.55/9.65/ &#x2212;72.66/13.05/9.15/ 26.96/48.66/&#x2212;29.99/ &#x2212;25.34/62.01/&#x2212;90.00/ &#x2212;90.00/&#x2212;15.84/ &#x2212;14.51/79.04]<sub>T</sub></td>
<td align="left">7.28&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">1.70&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap id="table-5"><label>Table 5</label><caption><title>Stacking sequence and stiffness performance of hygro-thermally stable <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminates and their bending-twisting coupled box structures</title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left" charoff="80pt"/>
<col align="left"/>
<col align="left" charoff="17"/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th align="left">Optimization objectives</th>
<th align="left">Number</th>
<th align="left">Stacking sequences/&#x00B0;</th>
<th align="left"><italic>c</italic>/m</th>
<th align="left">&#x007C;<italic>b</italic><sub>16</sub>&#x007C;/N<sup>&#x2212;1</sup></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">[71.36/&#x2212;16.33/&#x2212;34.02/62.50/56.47/&#x2212;46.65/ &#x2212;37.57/30.03/24.71/&#x2212;66.66/19.17/&#x2212;77.19]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.11&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">4.10&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">13</td>
<td align="left">[&#x2212;73.67/13.76/36.23/&#x2212;65.89/&#x2212;52.23/ 16.18/47.87/&#x2212;90.00/ &#x2212;20.22/&#x2212;18.75/64.00/ &#x2212;17.00/80.16]<sub>T</sub></td>
<td align="left">9.95&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">2.31&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Max &#x007C;<italic>b</italic><sub>16</sub>&#x007C; of laminates</td>
<td align="left">14</td>
<td align="left">[&#x2212;71.30/15.90.00/90.00/18.72/&#x2212;52.51/26.31/ 35.39/&#x2212;40.23/&#x2212;38.81/65.58/&#x2212;30.46/72.86/ 75.06/&#x2212;8.06]<sub>T</sub></td>
<td align="left">9.30&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">2.33&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">15</td>
<td align="left">[&#x2212;75.12/17.79/18.48/&#x2212;41.74/90.00/90.00/ 22.47/24.12/&#x2212;43.03/&#x2212;36.73/62.31/&#x2212;15.06/ 77.59/78.87/&#x2212;9.00]<sub>T</sub></td>
<td align="left">6.08&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">1.33&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">16</td>
<td align="left">[75.34/&#x2212;19.53/&#x2212;21.16/67.32/62.73/&#x2212;29.47/ 43.34/&#x2212;39.86/&#x2212;46.41/38.53/36.27/&#x2212;63.29/ &#x2212;66.98/21.62/17.25/&#x2212;74.04]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.06&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">2.64&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Max <italic>c</italic> of bending-twisting coupled structures</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">[71.36/&#x2212;16.33/&#x2212;34.02/62.50/56.47/&#x2212;46.65/ &#x2212;37.57/30.03/24.71/&#x2212;66.66/19.17/&#x2212;77.19]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.11&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">4.10&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">13</td>
<td align="left">[&#x2212;73.67/13.76/36.23/&#x2212;65.89/&#x2212;52.23/16.18/ 47.87/&#x2212;90.00/&#x2212;20.22/&#x2212;18.75/64.00/ &#x2212;17.00/80.16]<sub>T</sub></td>
<td align="left">9.95&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">2.31&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">14</td>
<td align="left">[&#x2212;71.30/15.90.00/90.00/ 18.72/&#x2212;52.51/26.31/ 35.39/&#x2212;40.23/&#x2212;38.81/ 65.58/&#x2212;30.46/72.86/ 75.06/&#x2212;8.06]<sub>T</sub></td>
<td align="left">9.30&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">2.33&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td></td>
<td align="left">15</td>
<td align="left">[&#x2212;40.92/&#x2212;3.40/64.01/ 57.11/53.79/&#x2212;32.33/ &#x2212;90.00/&#x2212;2.88/&#x2212;55.46/ 14.71/90.00/&#x2212;64.23/ 10.47/90.00/9.58]<sub>T</sub></td>
<td align="left">9.63&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">7.94&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
</tr>
<tr>
<td></td>
<td align="left">16</td>
<td align="left">[75.34/&#x2212;19.53/&#x2212;21.16/ 67.32/62.73/&#x2212;29.47/ 43.34/&#x2212;39.86/&#x2212;46.41/ 38.53/36.27/&#x2212;63.29/ &#x2212;66.98/21.62/ 17.25/&#x2212;74.04]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.06&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">2.64&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap id="table-6"><label>Table 6</label><caption><title>Stacking sequence and stiffness performance of hygro-thermally stable <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminates and their bending-twisting coupled box structures</title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left" charoff="80pt"/>
<col align="left"/>
<col align="left" charoff="17"/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th align="left">Optimization objectives</th>
<th align="left">Number</th>
<th align="left">Stacking sequences/&#x00B0;</th>
<th align="left"><italic>c</italic>/m</th>
<th align="left">&#x007C;<italic>b</italic><sub>16</sub>&#x007C;/N<sup>&#x2212;1</sup></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">[&#x2212;67.12/19.42/23.16/&#x2212;56.58/&#x2212;66.98/42.02/ 49.85/&#x2212;33.40/62.49/&#x2212;24.56/&#x2212;21.22/73.12]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.24&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">4.48&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">13</td>
<td align="left">[16.77/18.31/&#x2212;79.55/&#x2212;75.93/90.00/ &#x2212;65.50/44.20/&#x2212;25.10/&#x2212;11.89/&#x2212;8.03/ &#x2212;5.35/73.07/74.62]<sub>T</sub></td>
<td align="left">9.88&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">2.91&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Max &#x007C;<italic>b</italic><sub>16</sub>&#x007C; of laminates</td>
<td align="left">14</td>
<td align="left">[&#x2212;20.34/71.64/&#x2212;25.21/64.96/60.08/&#x2212;23.23/ 46.97/&#x2212;51.29/&#x2212;56.48/28.41/24.24/&#x2212;68.34/ &#x2212;71.10/16.02]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.26&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">3.40&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">15</td>
<td align="left">[&#x2212;14.73/&#x2212;90.00/&#x2212;18.03/72.01/65.72/&#x2212;26.38/ 44.87/53.17/&#x2212;45.90.00/&#x2212;55.65/15.00/18.36/ &#x2212;71.60/15.06/&#x2212;75.33]<sub>T</sub></td>
<td align="left">9.73&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">2.44&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">16</td>
<td align="left">[&#x2212;11.05/76.65/&#x2212;13.55/72.25/&#x2212;90.00/&#x2212;13.80/ 53.66/43.10/&#x2212;36.04/&#x2212;52.97/&#x2212;57.78/ 21.68/19.19/&#x2212;69.64/90.00/14.10]<sub>T</sub></td>
<td align="left">8.49&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">1.68&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">[&#x2212;67.12/19.42/23.16/ &#x2212;56.58/&#x2212;66.98/42.02/ 49.85/&#x2212;33.40/62.49/ &#x2212;24.56/&#x2212;21.22/73.12]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.24&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">4.48&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">13</td>
<td align="left">[&#x2212;15.23/66.65/62.93/ &#x2212;24.18/&#x2212;29.72/90.00/ 51.33/&#x2212;56.02/15.53/20.06/&#x2212;72.59/&#x2212;75.50/ 12.54]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.11&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">2.90&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Max <italic>c</italic> of bending-twisting coupled structures</td>
<td align="left">14</td>
<td align="left">[&#x2212;20.34/71.64/&#x2212;25.21/ 64.96/60.08/&#x2212;23.23/ 46.97/&#x2212;51.29/&#x2212;56.48/ 28.41/24.24/&#x2212;68.34/ &#x2212;71.10/16.02]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.26&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">3.40&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">15</td>
<td align="left">[74.11/&#x2212;10.84/70.42/ &#x2212;15.46/64.11/&#x2212;26.23/ &#x2212;40.11/&#x2212;53.99/34.97/ 27.99/90.00/&#x2212;68.82/ 16.45/14.41/&#x2212;76.61]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.02&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">2.43&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"></td>
<td align="left">16</td>
<td align="left">[&#x2212;11.05/76.65/&#x2212;13.55/ 72.25/&#x2212;90.00/&#x2212;13.80/ 53.66/43.10/&#x2212;36.04/ &#x2212;52.97/&#x2212;57.78/21.68/ 19.19/&#x2212;69.64/90.00/14.10]<sub>T</sub></td>
<td align="left">8.49&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">1.68&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s3_3"><label>3.3</label><title>Robustness</title>
<p>Considering that equipment and human errors are often unavoidable when laminates are laid by existing processing technologies, it is meaningful to test the deformation deviation caused by the paving angle deviation for free-layer laminate. Taking the 14-ply laminates with maximum <bold>&#x007C;</bold><italic>b</italic><sub>16</sub><bold>&#x007C;</bold> as examples, the robustness of extension-twisting coupling was verified by using the Monte Carlo method.</p>
<p>Assume that the angle deviation of the <italic>k</italic>-ply lamina is <inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> (<inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>) [<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>] and the number of random sampling is 20,000, the distribution of coupling deviations and its confidence intervals are illustrated in <?A3B2 "fig3",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>. The results indicated that the coupling deviations could be controlled within 4&#x0025; at the confidence level of 95&#x0025;. Furthermore, the deviations of <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> and <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminates were smaller than that of <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> and <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminates, implying that robustness could be improved by the bending-twisting coupling.</p>
<fig id="fig-3"><label>Figure 3</label><caption><title>Deviation distribution of extension-twisting coupling of laminates based on 20,000 samples (a) <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate [&#x2212;3.75&#x0025;, 3.57&#x0025;] (b) <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate [&#x2212;1.70&#x0025;, 1.28&#x0025;] (c) <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate [&#x2212;3.27&#x0025;, 3.00&#x0025;] (d) <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate [&#x2212;1.88&#x0025;, 1.44&#x0025;]</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_17368-fig-3.png"/></fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s4"><label>4</label><title>Numerical Verification</title>
<sec id="s4_1"><label>4.1</label><title>Hygro-Thermal Stability</title>
<p>The hygro-thermal performance of laminates and box structures was tested by using the FEM, as shown in <xref ref-type="table" rid="table-3">Tables 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="table" rid="table-6">6</xref>. The laminate size was set as a parallel base length of 100&#x2005;mm and 33 mm, and a height of 180&#x2005;mm. The size of the box structure was the same as in the optimization process. The boundary condition was a fixed support at the bottom midpoint for laminate and box structure. In addition, the free end of box structure was constrained by the rigid surface RBE2. The laminate was divided into 300 shell elements, and the bending-twisting coupled structure was divided into 840 shell elements in total. The temperature difference was set as 180&#x00B0;C to simulate the curing process.</p>
<p>The free shrinkage deformation results under cooling of laminates and the bending-twisting coupled structure were solved by the software MSC.Nastran, as shown in <?A3B2 "fig4",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref>. In order to analyze the effect of humidity changes on the deformation of laminates, the Abaqus software was used for numerical simulation. The laminate was divided into a total of 2,800 solid elements (Pore Fluid/Stress), and the bending-twisting coupled structure was divided into 27,200 solid elements in total. The relative humidity changed from 50&#x0025; to 40&#x0025;. The free contraction displacement cloud of laminates and box structures caused the humidity changes was solved by the &#x201C;soils&#x201D; function of the software Abaqus, as shown in <?A3B2 "fig5",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5</xref>. Only the results of 14-ply <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub>, <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub>, <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> and <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate are presented here, and the results of other laminates are the same. The zero shear strain, bending and twisting curvatures results in both <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Figs. 4</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-5">5</xref> illustrate the hygro-thermal stability.</p>
<fig id="fig-4"><label>Figure 4</label><caption><title>Cooling shrinkage displacement diagrams of 14-ply laminates with maximum extension-twisting coupling in <xref ref-type="table" rid="table-3">Tables 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="table" rid="table-6">6</xref> (including <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate, <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate, <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate and <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate) and box structures due to the temperature changes, in meters</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_17368-fig-4.png"/></fig>
<fig id="fig-5"><label>Figure 5</label><caption><title>Free contraction displacement diagrams of 14-ply laminates with maximum extension-twisting coupling in <xref ref-type="table" rid="table-3">Tables 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="table" rid="table-6">6</xref> (including <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate, <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate, <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate and <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate) and box structures due to the humidity changes, in meters</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_17368-fig-5.png"/></fig>
<p>In addition, laminates with different paving angles produce the same thermal linear strains, which suggests that the hygro-thermal linear strain of laminate is independent of the stacking sequence. In view of the fact that the effect of humidity changes on laminates is similar to that of temperature changes, only the thermal coefficient needs to be replaced with the humidity coefficient. Thus, the reasons for this phenomenon were analyzed only from the perspective of temperature changes. The thermal linear strain of the laminate with extension-twisting coupling is expressed as
<disp-formula id="eqn-21"><label>(21)</label><mml:math id="mml-eqn-21" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left left left" rowspacing="0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where the upper corner &#x201C;T&#x201D; represents variables related to thermal effects. Since the hygro-effect is similar to the thermal-effect, only the thermal-effect is presented. Then the thermal internal force and thermal moment of the composite laminate can be expressed by two independent parameters: the thermal constant of the material <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> only related to the material properties of each lamina in the laminate, and the geometric factor only related to the stacking sequence, namely
<disp-formula id="eqn-22"><label>(22)</label><mml:math id="mml-eqn-22" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>The material thermal constant <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be calculated by <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the thermal expansion coefficients <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.
<disp-formula id="eqn-23"><label>(23)</label><mml:math id="mml-eqn-23" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">Eq. (5)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-22">Eq. (22)</xref>, it gives
<disp-formula id="eqn-24"><label>(24)</label><mml:math id="mml-eqn-24" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-24">Eq. (24)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-21">Eq. (21)</xref>, we can further get
<disp-formula id="eqn-25"><label>(25)</label><mml:math id="mml-eqn-25" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Inserting the common analytical conditions <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> of the four types of laminates in <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">Eq. (2)</xref>, it gives
<disp-formula id="eqn-26"><label>(26)</label><mml:math id="mml-eqn-26" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Then Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-25">Eq. (25)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-26">Eq. (26)</xref>, we can further get
<disp-formula id="eqn-27"><label>(27)</label><mml:math id="mml-eqn-27" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-27">Eq. (27)</xref>, we can see that <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is zero, and that the thermal strain in the two main axis directions is the same, which is only related to the material constant <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, thermal material constant <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and temperature difference <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Indeed, it has nothing to do with the number of layers and the stacking sequence of the laminate.</p>
</sec>
<sec id="s4_2"><label>4.2</label><title>Mechanical Properties</title>
<p>In order to verify the stiffness performance of the laminates, the finite element model of a rectangular laminate with the size of 0.18 by 0.1&#x2005;m was established. The purpose of using rectangular laminates for verification was to facilitate the extraction of the distortion of laminates. The external load was the axial uniform tension (400&#x2005;N/m). 800 shell elements were divided and the geometric center of laminate was fixed. The size of the box structure was the same as in the optimal design process, and the bending moment of the free end of the structure <italic>M</italic> was 0.12&#x2005;N&#x22C5;m. Displacement cloud diagrams of the laminates and the box structures were calculated. The results of 14-ply laminates are shown in <?A3B2 "fig6",5,"anchor"?><xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6</xref> as examples. The results illustrate the deformation of laminate is consistent with the expected design, with the extension-twisting and corresponding couplings. Box-shaped structure produced not only bending deformation but also torsion deformation under the action of bending moment.</p>
<fig id="fig-6"><label>Figure 6</label><caption><title>Displacement diagrams of laminates and bending-twisting coupled structures formed by respective laminates, in meters (a) <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate and its box structure (b) <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate and its box structure (c) <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate and its box structure (d) <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate and its box structure</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_17368-fig-6.png"/></fig>
<p>The torsion angle <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi></mml:math></inline-formula> (along the <italic>x</italic> axis) at the midpoint of the free end of rectangular laminate was used to express the torsion angle of the laminate. Assuming that the <italic>x</italic>-axis length of the laminate is <italic>L</italic>, the torsion curvature <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be expressed as [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>]
<disp-formula id="eqn-28"><label>(28)</label><mml:math id="mml-eqn-28" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
</p>
<p><?A3B2 "tbl7",5,"anchor"?><xref ref-type="table" rid="table-7">Table 7</xref> shows the analytical and numerical solutions of torsion deformation of each laminate, as well as the percentage difference and improvement. The results illustrate that the simulation results of torsion deformation of laminate are consistent with the analytical results (difference within 1&#x0025;), which verifies the accuracy of the extension-twisting coupling.</p>
<table-wrap id="table-7"><label>Table 7</label><caption><title>Analytical and numerical results of torsion deformation of laminates</title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th align="left">Type of laminate</th>
<th align="left">Number of layers</th>
<th align="left">Analytical <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th align="left">Numerical <inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th align="left">Percentage difference<sup>&#x02217;</sup></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">1.62&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">1.61&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.62&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">0.80&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.80&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">0.30&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.30&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">0.46&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.46&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">0.29&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.29&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">1.73&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">1.72&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.58&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">1.10&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">1.10&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">1.38&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">1.37&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.72&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">0.90&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.90&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">0.68&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.68&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">1.64&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">1.63&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.61&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">0.92&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.92&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">0.93&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.93&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">0.53&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.53&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">1.06&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">1.06&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">1.79&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">1.78&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.56&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">1.16&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">1.16&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">1.36&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">1.35&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.74&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">0.98&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.98&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">0.67&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0.67&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;2</sup></td>
<td align="left">0</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn id="table-1fn">
<p>Note: <sup>&#x2217;</sup>: The percentage difference between numerical solution and analytical solution.</p>
</fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
</sec>
</sec>
<sec id="s5"><label>5</label><title>Impact Analysis</title>
<sec id="s5_1"><label>5.1</label><title>Coupling Effect</title>
<p>According to the optimization results in <xref ref-type="table" rid="table-3">Tables 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="table" rid="table-6">6</xref>, the comparison results of the extension-twisting coupling of laminates and the bending-twisting coupling of box structures were summarized, as shown in <?A3B2 "tbl8",5,"anchor"?><xref ref-type="table" rid="table-8">Tables 8</xref> and <?A3B2 "tbl9",5,"anchor"?><xref ref-type="table" rid="table-9">9</xref>.</p>
<p>The results show that: (1) Compared with the single-coupled <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate, the multi-coupled laminates (<bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate, <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate and <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate) have a higher extension-twisting coupling, in which the extension-twisting coupling of 14-ply <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate is the maximum, reaching 456.95&#x0025;; (2) For <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate, the same optimization results were obtained when optimizing with the maximum <bold>&#x007C;</bold><italic>b</italic><sub>16</sub><bold>&#x007C;</bold> and <italic>c</italic> as objectives, which verified that the extension-twisting coupling of single coupled laminate was the decisive factor that constituted the bending-twisting coupling of box structure; (3) Compared with the box structures based on <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminates, the torsion deformations of box structures based on multi-coupled laminates were significantly improved, wherein, the box structure composed of 14-ply <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate is the most obvious (increased to 266.11&#x0025;), indicating that multi-couplings will obviously improve the bending-twisting coupling of box structure; (4) Comparing the box structures composed of multi-coupled laminates with the same number of layers and the type of coupling in <xref ref-type="table" rid="table-8">Tables 8</xref> and <xref ref-type="table" rid="table-9">9</xref>, it can be found that the extension-twisting coupling of laminates becomes smaller but the torsion deformation of the box structure still increases. Taking the box structure composed of 15-ply <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate as an example, when <bold>&#x007C;</bold><italic>b</italic><sub>16</sub><bold>&#x007C;</bold> of laminate changed from 1.33&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup> N<sup>&#x2212;1</sup> to 7.94&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup> N<sup>&#x2212;1</sup>, the <italic>c</italic> of box structure changed from 6.08&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup> m to 9.63&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup> m, indicating that other couplings except for the extension-twisting coupling (i.e., shearing-twisting and extension-bending) have the potential to enhance the bending-twisting coupling of box structure.</p>
<table-wrap id="table-8"><label>Table 8</label><caption><title>Stiffness comparison results of laminates and box structures with maximum extension-twisting coupling of laminates as the optimization goal</title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th align="left">Type of laminate</th>
<th align="left">Number of layers</th>
<th align="left">&#x007C;<italic>b</italic><sub>16</sub>&#x007C;/N<sup>&#x2212;1</sup></th>
<th align="left">Improvement<sup>&#x02217;</sup></th>
<th align="left"><italic>c</italic>/m</th>
<th align="left">Improvement&#x02201;</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">4.06&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
<td align="left">1.08&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">1.99&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
<td align="left">9.22&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">7.55&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
<td align="left">4.81&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">1.14&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
<td align="left">7.06&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">7.27&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
<td align="left">6.00&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">4.33&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">6.65&#x0025;</td>
<td align="left">1.16&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">7.41&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">2.74&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">37.69&#x0025;</td>
<td align="left">9.30&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">0.87&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">3.45&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">356.95&#x0025;</td>
<td align="left">1.22&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">153.64&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">2.25&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">97.37&#x0025;</td>
<td align="left">1.01&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">43.06&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">1.70&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">133.84&#x0025;</td>
<td align="left">7.28&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">21.33&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">4.10&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">0.99&#x0025;</td>
<td align="left">1.11&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">2.78&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">2.31&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">16.08&#x0025;</td>
<td align="left">9.95&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">7.92&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">2.33&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">208.61&#x0025;</td>
<td align="left">9.30&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">93.35&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">1.33&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">16.67&#x0025;</td>
<td align="left">6.08&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">&#x2212;13.88&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">2.64&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">263.14&#x0025;</td>
<td align="left">1.06&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">76.67&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">4.48&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">10.34&#x0025;</td>
<td align="left">1.24&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">14.81&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">2.91&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">46.23&#x0025;</td>
<td align="left">9.88&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">7.16&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">3.40&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">350.33&#x0025;</td>
<td align="left">1.26&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">161.95&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">2.44&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">114.04&#x0025;</td>
<td align="left">9.73&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">37.82&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">1.68&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">131.09&#x0025;</td>
<td align="left">8.49&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">41.50&#x0025;</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn id="table-2fn">
<p>Notes: <sup>&#x02217;</sup>: Improvement of <bold>&#x007C;</bold><italic>b</italic><sub>16</sub><bold>&#x007C;</bold> of multi-coupled laminates compared to <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminates with same number of layers.</p>
<p>&#x02201;: Improvement of <italic>c</italic> of box structures based on multi-coupled laminates compared to those based on <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminates with same number of layers.</p>
</fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s5_2"><label>5.2</label><title>Failure Strength</title>
<p>When the axial external load of laminate increases gradually, the destruction will occur first on one lamina. This will affect the rigidity of the entire laminate, and may cause further damage to other laminae. Thus, the failure load should be considered during the design process. The tension and compression external loads of first ply failure <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are selected to judge the failure strength. Under the axial load <italic>N</italic><sub>1</sub>, the middle surface strains and curvatures of laminate can be calculated by the flexibility equation, namely
<disp-formula id="eqn-29"><label>(29)</label><mml:math id="mml-eqn-29" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left left left" rowspacing="0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable rowspacing="0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<table-wrap id="table-9">
<label>Table 9</label><caption><title>Stiffness comparison results of laminates and box structures with maximum bending-twisting coupling of box structures as the optimization goal</title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th align="left">Type of laminate</th>
<th align="left">Number of layers</th>
<th align="left">&#x007C;<italic>b</italic><sub>16</sub>&#x007C;/N<sup>&#x2212;1</sup></th>
<th align="left">Improvement<sup>&#x02217;</sup></th>
<th align="left"><italic>c</italic>/m</th>
<th align="left">Improvement&#x02201;</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">4.06&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
<td align="left">1.08&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">1.99&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
<td align="left">9.22&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">7.55&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
<td align="left">4.81&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">1.14&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
<td align="left">7.06&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">7.27&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
<td align="left">6.00&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">4.33&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">6.65&#x0025;</td>
<td align="left">1.16&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">7.41&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">2.72&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">36.68&#x0025;</td>
<td align="left">1.10&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">19.31&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">3.02&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2013;5</sup></td>
<td align="left">300.00&#x0025;</td>
<td align="left">1.28&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2013;5</sup></td>
<td align="left">166.11&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">2.15&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2013;5</sup></td>
<td align="left">88.60&#x0025;</td>
<td align="left">1.20&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2013;5</sup></td>
<td align="left">69.97&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">1.70&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">133.84&#x0025;</td>
<td align="left">7.28&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">21.33&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">4.10&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">0.99&#x0025;</td>
<td align="left">1.11&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">2.78&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">2.31&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">16.08&#x0025;</td>
<td align="left">9.95&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">7.92&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">2.33&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">208.61&#x0025;</td>
<td align="left">9.30&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">93.35&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">7.94&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">&#x2212;30.35&#x0025;</td>
<td align="left">9.63&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">36.40&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">2.64&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">263.14&#x0025;</td>
<td align="left">1.06&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">76.67&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">4.48&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">10.34&#x0025;</td>
<td align="left">1.24&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">14.81&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">2.90&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">45.73&#x0025;</td>
<td align="left">1.11&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">20.39&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">3.40&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">350.33&#x0025;</td>
<td align="left">1.26&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">161.95&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">2.43&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">113.16&#x0025;</td>
<td align="left">1.02&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">44.48&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">1.68&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">131.09&#x0025;</td>
<td align="left">8.49&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;6</sup></td>
<td align="left">41.50&#x0025;</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn id="table-3fn">
<p>Notes: <sup>&#x02217;</sup>: Improvement of <bold>&#x007C;</bold><italic>b</italic><sub>16</sub><bold>&#x007C;</bold> of multi-coupled laminates compared to <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminates with same number of layers.</p>
<p>&#x02201;: Improvement of <italic>c</italic> of box structures based on multi-coupled laminates compared to those based on <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminates with same number of layers.</p>
</fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<p>Then, the strain of each lamina is expressed as
<disp-formula id="eqn-30"><label>(30)</label><mml:math id="mml-eqn-30" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
and the principal stresses of each lamina is expressed as
<disp-formula id="eqn-31"><label>(31)</label><mml:math id="mml-eqn-31" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where, <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the conversion matrix of stress direction and positive axis stiffness coefficient matrix of <italic>k</italic>-ply lamina, namely
<disp-formula id="eqn-32"><label>(32)</label><mml:math id="mml-eqn-32" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left" rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left" rowspacing="0.9em 0.9em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>The choice of strength theory depends on the actual laminate composite material. Studies have shown that for glass fiber/epoxy composite materials and composite materials with the same tensile strength and compressive strength, the Hill-Tsai strength theory is close to the experimental value in both qualitative and quantitative aspects, while the Tsai-Wu criterion is suitable for composite materials with different tensile and compressive strengths [<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>]. Because the tensile and compressive strength of lamina made of carbon fiber/epoxy prepreg are different, the Tsai-Wu strength criterion should be more applicable for the strength prediction. The principal stress of each lamina satisfies the relationships of
<disp-formula id="eqn-33"><label>(33)</label><mml:math id="mml-eqn-33" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="1.2em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="1.8em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>66</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where, <italic>X<sub>t</sub></italic><sub>(<italic>c</italic>)</sub> and <italic>Y<sub>t</sub></italic><sub>(<italic>c</italic>)</sub> represent the axial and transverse tensile (compressive) strength of lamina, <italic>S</italic> represents the shear strength. Because the value of <italic>F</italic><sub>12</sub> in the Tsai-Wu strength criterion is not easy to be determined, the Tsai-Wu quadratic failure criterion based upon the generalized von Mises isotropic criterion is used here to take the value of <italic>F</italic><sub>12</sub> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>]. The advantage of this widely used value method is its accuracy and relative simplicity [<xref ref-type="bibr" rid="ref-27">27</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-28">28</xref>].</p>
<p>Substituting the paving angle of each lamina into the stiffness equation, we can obtain the flexibility matrix coefficient of laminates. Then, combining <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-29">Eqs. (29)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-29">(31)</xref> with <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-33">Eq. (33)</xref> gives the value of the external load <italic>N</italic><sub>max(<italic>k</italic>)</sub> at which each lamina fails. At this time, the external load <italic>N</italic><sub>max(<italic>k</italic>)</sub> corresponding to the <italic>k</italic>-ply lamina has two solutions: the positive solution <italic>N</italic><sub>max1(<italic>k</italic>)</sub> is the maximum tensile load, and the negative solution <italic>N</italic><sub>max2(<italic>k</italic>)</sub> is the maximum compressive load. Then, <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be obtained through the smallest <italic>&#x007C;N</italic><sub>max1(<italic>k</italic>)</sub>&#x007C;<sub>(min)</sub> and <italic>&#x007C;N</italic><sub>max2(<italic>k</italic>)</sub>&#x007C;<sub>(min)</sub><inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, namely
<disp-formula id="eqn-34"><label>(34)</label><mml:math id="mml-eqn-34" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represent the tension and compression failure strengths of first ply failure, namely
<disp-formula id="eqn-35"><label>(35)</label><mml:math id="mml-eqn-35" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
</p>
<p>Taking the laminates with maximum <bold>&#x007C;</bold><italic>b</italic><sub>16</sub><bold>&#x007C;</bold> as examples in <xref ref-type="table" rid="table-3">Tables 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="table" rid="table-6">6</xref>, the <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of various types of laminates were calculated respectively to explore the influence of the multi-couplings on failure strengths. The analysis results of failure strengths for laminates with extension-twisting coupling are shown in <?A3B2 "tbl10",5,"anchor"?><xref ref-type="table" rid="table-10">Table 10</xref>. The dimensions, forces and boundary conditions of the laminates are consistent with those in <xref ref-type="sec" rid="s4_2">Section 4.2</xref>. Data shows that: (1) The tensile strengths are generally less than the compressive strengths, except for the 13-ply <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate, indicating that in the actual engineering application of laminates with extension-twisting coupling, the tensile strength performance should be considered firstly in terms of strength performance. (2) Compared with the single extension-twisting coupled laminate, the failure strengths of multi-coupled laminates are reduced to varying degrees, illustrating the negative impact of multi-couplings on failure strength.</p>
<table-wrap id="table-10"><label>Table 10</label><caption><title>Failure strength prediction results of laminates in <xref ref-type="table" rid="table-3">Tables 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="table" rid="table-6">6</xref></title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th align="left">Type of laminate</th>
<th align="left">Number of layers</th>
<th align="left"><inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>/ MPa</th>
<th align="left">Improvement<sup>&#x02217;</sup></th>
<th align="left"><inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>/ MPa</th>
<th align="left">Improvement&#x02201;</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">173.35</td>
<td align="left">&#x2014;</td>
<td align="left">228.30</td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">294.20</td>
<td align="left">&#x2014;</td>
<td align="left">327.60</td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">516.29</td>
<td align="left">&#x2014;</td>
<td align="left">640.78</td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">380.27</td>
<td align="left">&#x2014;</td>
<td align="left">468.67</td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">378.35</td>
<td align="left">&#x2014;</td>
<td align="left">491.95</td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">156.90</td>
<td align="left">&#x2212;9.49&#x0025;</td>
<td align="left">194.34</td>
<td align="left">&#x2212;14.88&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">207.50</td>
<td align="left">&#x2212;29.47&#x0025;</td>
<td align="left">281.43</td>
<td align="left">&#x2212;14.09&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">155.44</td>
<td align="left">&#x2212;69.89&#x0025;</td>
<td align="left">164.55</td>
<td align="left">&#x2212;74.32&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">249.71</td>
<td align="left">&#x2212;34.33&#x0025;</td>
<td align="left">256.70</td>
<td align="left">&#x2212;45.23&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">253.41</td>
<td align="left">&#x2212;33.02&#x0025;</td>
<td align="left">362.18</td>
<td align="left">&#x2212;73.62&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">162.37</td>
<td align="left">&#x2212;21.74&#x0025;</td>
<td align="left">198.73</td>
<td align="left">&#x2212;12.95&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">240.37</td>
<td align="left">&#x2212;18.29&#x0025;</td>
<td align="left">312.94</td>
<td align="left">&#x2212;4.47&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">228.18</td>
<td align="left">&#x2212;55.80&#x0025;</td>
<td align="left">280.24</td>
<td align="left">&#x2212;56.27&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">311.30</td>
<td align="left">&#x2212;18.14&#x0025;</td>
<td align="left">394.90</td>
<td align="left">&#x2212;15.74&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">145.80</td>
<td align="left">&#x2212;61.46&#x0025;</td>
<td align="left">177.89</td>
<td align="left">&#x2212;36.16&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">163.00</td>
<td align="left">&#x2212;5.97&#x0025;</td>
<td align="left">180.22</td>
<td align="left">&#x2212;21.06&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">269.24</td>
<td align="left">&#x2212;8.48&#x0025;</td>
<td align="left">268.69</td>
<td align="left">&#x2212;17.98&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">162.05</td>
<td align="left">&#x2212;68.61&#x0025;</td>
<td align="left">163.85</td>
<td align="left">&#x2212;74.43&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">199.00</td>
<td align="left">&#x2212;47.67&#x0025;</td>
<td align="left">248.50</td>
<td align="left">&#x2212;46.98&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">256.76</td>
<td align="left">&#x2212;32.14&#x0025;</td>
<td align="left">305.75</td>
<td align="left">&#x2212;62.15&#x0025;</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn id="table-4fn">
<p>Notes: <sup>&#x02217;</sup>: Improvement of <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of multi-coupled laminates compared to <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate with same number of layers.</p>
<p>&#x02201;: Improvement of <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of multi-coupled laminates compared to <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate with same number of layers.</p>
</fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<p>However, the negative impact of strength performance can be minimized through reasonable paving methods. Taking 14-ply <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate as an example, whose failure strengths <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are greatly reduced (&#x2212;69.89&#x0025; and &#x2212;74.32&#x0025;, respectively), let us assume that the lower limits of the failure strengths <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>0</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are 60&#x0025;, 70&#x0025;, 80&#x0025;, 90&#x0025; and 100&#x0025; of those of the 14-ply <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate in <xref ref-type="table" rid="table-9">Table 9</xref>, respectively. Then, the corresponding optimization mathematical model is expressed as
<disp-formula id="eqn-36"><label>(36)</label><mml:math id="mml-eqn-36" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="1.2em 1.2em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>90</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>90</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mspace width="1em" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</p>
<p><?A3B2 "tbl11",5,"anchor"?><xref ref-type="table" rid="table-11">Table 11</xref> shows the stacking sequence and mechanical properties of 14-ply <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminates, mainly including extension-twisting couplings and failure strength. The hygro-thermal stability and extension-twisting coupling were verified by numerical simulation. The results demonstrate that: (1) The failure strength of the optimized laminate meets the requirement of lower limit; (2) As <italic>N</italic><sub>T0</sub> and <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>0</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> increase, the maximum extension-twisting coupling of laminate gradually decreases. (3) The negative impact of strength performance of multi-coupled laminates can be minimized by reasonable paving design and optimization under different suitable constraint conditions.</p>
<table-wrap id="table-11"><label>Table 11</label><caption><title>Stacking sequence and mechanical properties of hygro-thermally stable 14-ply <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>t</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminates under different failure strength constraints</title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left" charoff="170pt"/>
<col/>
<col/>
<col/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th align="left"><inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>/MPa</th>
<th align="left"><inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>/MPa</th>
<th align="left">Stacking sequences</th>
<th align="left">&#x007C;<italic>b</italic><sub>16</sub>&#x007C;/N<sup>&#x2212;1</sup></th>
<th align="left"><inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>/MPa</th>
<th align="left"><inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>/MPa</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="left">309.77</td>
<td align="left">384.49</td>
<td align="left">[&#x2212;19.76/&#x2212;40.92/56.26/54.89/57.83/ &#x2212;37.84/41.29/&#x2212;50.62/49.59/&#x2212;46.93/ &#x2212;60.40/29.86/&#x2212;55.51/24.63]<sub>T</sub></td>
<td align="left">2.05&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">348.05</td>
<td align="left">465.72</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">361.40</td>
<td align="left">448.55</td>
<td align="left">[&#x2212;17.61/58.99/&#x2212;35.89/48.90/47.57/ 64.50/&#x2212;50.53/&#x2212;39.78/&#x2212;45.21/&#x2212;60.07/ 43.68/20.41/&#x2212;62.82/30.20]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.91&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">393.81</td>
<td align="left">534.43</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">413.03</td>
<td align="left">512.62</td>
<td align="left">[&#x2212;23.87/&#x2212;25.05/54.68/&#x2212;60.11/57.56/ 60.10/46.13/&#x2212;38.16/46.25/&#x2212;53.59/ &#x2212;63.10/24.44/18.50/&#x2212;52.98]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.79&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">429.74</td>
<td align="left">620.84</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">464.66</td>
<td align="left">576.70</td>
<td align="left">[&#x2212;72.77/&#x2212;50.79/28.23/43.20/26.01/ &#x2212;54.73/56.22/33.09/&#x2212;44.57/&#x2212;19.40/ &#x2212;40.92/&#x2212;32.33/66.24/62.83]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.68&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">466.60</td>
<td align="left">586.88</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">516.29</td>
<td align="left">640.78</td>
<td align="left">[&#x2212;80.68/23.43/29.91/&#x2212;42.01/&#x2212;57.52/ 30.03/&#x2212;46.35/68.39/46.65/&#x2212;44.59/ &#x2212;28.24/47.93/&#x2212;16.46/76.40]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.65&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">533.13</td>
<td align="left">733.45</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s5_3"><label>5.3</label><title>Bucking Load</title>
<p>With the increase of the in-plane compression load, the multi-coupled laminate entered an unstable equilibrium. Once the load continued to increase, buckling occurred, which further affected the mechanical properties. Multi-couplings may increase the out-of-plane deformation under the in-plane load, which will lead to earlier buckling. Thus, it is very important to determine the influence of multiple coupling on the buckling load.</p>
<p>The analytical solution of buckling load <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be solved based on the buckling differential equation. For example, reference [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>] gives the analytical solution of buckling load of single extension-twisting coupled <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminates under the condition of four-sided simply supported boundary displacement. Although the analytical method is highly accurate and convenient for subsequent optimization design, it has poor applicability under different boundary conditions, mainly manifested as follows: (1) The buckling load of laminates under different boundary conditions is difficult to express analytically; (2) Except the extension-twisting coupling, the multi-coupled laminates also have extension-bending coupling (<bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate and <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate) and bending-twisting coupling (<bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate and <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate). As a result, the commonly used series method, variation method and other methods are unable to get a solution form satisfying the constraint conditions and the analytical solution is difficult to obtain. Therefore, the FEM and parametric modeling were used to obtain the buckling loads by MSC.Patran and Matlab software under various boundary conditions. A rectangular laminated plate was taken as an example for analysis. It was assumed that the size was 0.18 meters long and 0.1 meters wide, and that the in-plane lengthwise external load was 400&#x2005;N/m.</p>
<p>Taking the laminates with maximum <bold>&#x007C;</bold><italic>b</italic><sub>16</sub><bold>&#x007C;</bold> as examples in <xref ref-type="table" rid="table-3">Tables 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="table" rid="table-6">6</xref>, the size, force and boundary conditions of laminate are consistent with laminates in <xref ref-type="sec" rid="s4_2">Section 4.2</xref>. <?A3B2 "tbl12",5,"anchor"?><xref ref-type="table" rid="table-12">Table 12</xref> shows the buckling performance of laminates, mainly including the buckling factors and corresponding buckling loads. The results demonstrate that: compared with the single extension-twisting coupled laminate, the buckling loads of multi-coupled laminates were reduced to varying degrees, illustrating the negative impact of multi-couplings on buckling loads.</p>
<table-wrap id="table-12"><label>Table 12</label><caption><title>Buckling results of laminates in <xref ref-type="table" rid="table-3">Tables 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="table" rid="table-6">6</xref></title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th align="left">Type of laminate</th>
<th align="left">Number of layers</th>
<th align="left">First-order buckling factor</th>
<th align="left"><inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (N&#x22C5;m<sup>&#x2212;1</sup>)</th>
<th align="left">Improvement<sup>&#x02217;</sup></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">5.32</td>
<td align="left">2.13&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">6.71</td>
<td align="left">2.69&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">10.94</td>
<td align="left">4.37&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">9.09</td>
<td align="left">3.64&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">12.53</td>
<td align="left">5.01&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">4.97</td>
<td align="left">1.99&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">&#x2212;6.58&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">7.25</td>
<td align="left">2.90&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">8.05&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">7.53</td>
<td align="left">3.01&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">&#x2212;31.17&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">6.59</td>
<td align="left">2.63&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">&#x2212;27.50&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">15.28</td>
<td align="left">6.11&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">21.95&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">5.12</td>
<td align="left">2.05&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">&#x2212;3.76&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">6.56</td>
<td align="left">2.63&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">&#x2212;2.24&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">8.59</td>
<td align="left">3.44&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">&#x2212;21.48&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">10.10</td>
<td align="left">4.04&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">11.11&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">11.13</td>
<td align="left">4.45&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">&#x2212;11.17&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left" rowspan="5"><bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate</td>
<td align="left">12</td>
<td align="left">4.15</td>
<td align="left">1.66&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">&#x2212;21.99&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">13</td>
<td align="left">5.88</td>
<td align="left">2.35&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">&#x2212;12.37&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">14</td>
<td align="left">5.80</td>
<td align="left">2.32&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">&#x2212;46.98&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">15</td>
<td align="left">9.47</td>
<td align="left">3.79&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">4.18&#x0025;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">16</td>
<td align="left">11.44</td>
<td align="left">4.58&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">&#x2212;8.70&#x0025;</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn id="table-5fn">
<p>Note: <sup>&#x02217;</sup>: Improvement of <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of multi-coupled laminates compared to <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate with same number of layers.</p>
</fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<p>However, the negative impact of buckling can be minimized through reasonable paving design [<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>]. Actually, this problem can be equivalent to an optimization design problem with objective constraints. In view of the fact that the buckling load of laminate in this article was difficult to directly analytically express, the method of parametric modeling was also used to achieve this problem. Taking 14-ply <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate as an example, whose buckling load reduced the most (&#x2212;46.98&#x0025;), let us assume that the lower limits of the buckling load (<inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) are 60&#x0025;, 70&#x0025;, 80&#x0025;, 90&#x0025; and 100&#x0025; of buckling load of the 14-ply <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate in <xref ref-type="table" rid="table-9">Table 9</xref>, then the corresponding optimization mathematical model is expressed as
<disp-formula id="eqn-37"><label>(37)</label><mml:math id="mml-eqn-37" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="1.2em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="1.2em 1.2em 0.4em" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>90</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>90</mml:mn><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:msup><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mspace width="1em" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</p>
<p><?A3B2 "tbl13",5,"anchor"?><xref ref-type="table" rid="table-13">Table 13</xref> shows the stacking sequence and mechanical properties of 14-ply <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminates, mainly including extension-twisting couplings and buckling loads. The hygro-thermal stability and extension-twisting coupling have been verified by numerical simulation. The results demonstrate that: (1) The buckling load of the optimized laminate meets the requirement of lower limit; (2) With the increase of <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the maximum extension-twisting coupling of laminate gradually decreases. (3) The optimal design of <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminate with higher extension-twisting coupling and higher buckling load than <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><italic><sub>t</sub></italic><bold>D</bold><sub>S</sub> laminate can be realized through reasonable paving design.</p>
<table-wrap id="table-13"><label>Table 13</label><caption><title>Stacking sequence and mechanical properties of hygro-thermally stable 14-ply <bold>A</bold><sub>S</sub><bold>B</bold><sub>F</sub><bold>D</bold><sub>F</sub> laminates under different buckling load constraints</title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col charoff="250pt"></col>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th align="left"><inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>/N&#x22C5;m<sup>&#x2212;1</sup></th>
<th align="left">Stacking sequences</th>
<th align="left">&#x007C;<italic>b</italic><sub>16</sub>/N<sup>&#x2212;1</sup></th>
<th align="left"><inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>/N&#x22C5;m<sup>&#x2212;1</sup></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="left">2.62&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">[5.99/&#x2212;76.30/&#x2212;74.03/&#x2212;69.43/12.76/14.95/18.67/ &#x2212;28.22/60.23/67.35/73.07/&#x2212;90.00/&#x2212;22.68/&#x2212;21.46]<sub>T</sub></td>
<td align="left">2.43&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">2.68&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">3.06&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">[&#x2212;89.97/3.03/16.91/&#x2212;89.57/&#x2212;76.69/13.37/&#x2212;52.96/ 17.19/&#x2212;37.62/&#x2212;37.89/51.15/60.66/70.71/&#x2212;25.16]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.98&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">3.07&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">3.50&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">[21.78/&#x2212;77.86/&#x2212;75.25/90.00/26.51/26.56/5.13/&#x2212;41.55/ &#x2212;30.86/&#x2212;23.32/&#x2212;90.00/&#x2212;14.78/62.89/66.97]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.80&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">3.56&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">3.93&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">[73.45/89.83/&#x2212;18.36/&#x2212;16.56/41.68/&#x2212;36.28/54.47/ &#x2212;29.66/10.30/32.65/&#x2212;70.13/&#x2212;71.22/&#x2212;85.62/18.72]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.74&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">4.05&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">4.37&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
<td align="left">[&#x2212;89.80/&#x2212;11.27/78.62/61.63/&#x2212;37.59/&#x2212;24.30/&#x2212;5.78/ 44.58/30.56/&#x2212;0.88/&#x2212;75.50/&#x2212;69.99/20.75/&#x2212;81.41]<sub>T</sub></td>
<td align="left">1.67&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>&#x2212;5</sup></td>
<td align="left">4.39&#x2009;&#x00D7;&#x2009;10<sup>3</sup></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
</sec>
<sec id="s6"><label>6</label><title>Conclusions</title>
<p>There are four types of hygro-thermally stable laminates with extension-twisting coupling, including three multi-coupled laminates. They have the same thermal strain in the two main axis directions, which is only related to the material constant, the thermal material constant and the temperature difference. Multi-couplings significantly improve the extension-twisting coupling of laminates (up to 450&#x0025;). At the same time, multi-couplings generally reduce the buckling load and failure strength. However, the negative impact can be minimized by reasonable paving methods. Furthermore, multi-coupled laminates have good robustness, and the bending-twisting coupling helps improve robustness.</p>
<p>The design optimization of the variable cross-section bending-twisting coupled box structure was achieved based on the multi-coupled laminates. The parametric modeling method is combined with finite element method to achieve high precision and high efficiency of optimal design. The multi-couplings of laminates can obviously improve the bending-twisting coupling of box structure (up to be more than 260&#x0025;). The design method is applicable to other types of laminates. The optimal design method can also be extended to the static deformation of composite structures with arbitrary complex configurations.</p>
</sec>
</body>
<back>
<fn-group>
<fn fn-type="other"><p><bold>Funding Statement:</bold> The authors disclosed receipt of the following financial support for the research, authorship, and/or publication of this article: the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11472003), the Natural Science Foundation of Hunan Province of China (Grant No. 2021JJ30770) and the Postgraduate Scientific Research Innovation Project of Hunan Province (Grant No. CX20200007).</p></fn>
<fn fn-type="conflict"><p><bold>Conflicts of Interest:</bold> The authors declare that they have no conflicts of interest to report regarding the present study.</p></fn>
</fn-group>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>1.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Song</surname>, <given-names>O.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kwon</surname>, <given-names>H. D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Librescu</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Modelling and vibration of a non-classical tilt-rotor wing system</article-title>. <source>Aeronautical Journal</source><italic>,</italic> <volume>111</volume><issue>(1119)</issue><italic>,</italic> <fpage>285</fpage>&#x2013;<lpage>295</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S000192400000453X</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Santer</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Pellegrino</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Topological optimization of compliant adaptive wing structure</article-title>. <source>AIAA Journal</source><italic>,</italic> <volume>47</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>523</fpage>&#x2013;<lpage>534</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.2514/1.36679</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="conf-proc"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Berry</surname>, <given-names>D. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ashwill</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>H. P.</given-names></string-name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Study of hygrothermal isotropic layup and hygrothermal curvature-stable coupling composite laminates</article-title>. <conf-name>44th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference</conf-name>, <conf-loc>Norfolk, VA</conf-loc>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.2514/6.2003-1506</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>4.</label><mixed-citation publication-type="other"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Berry</surname>, <given-names>D. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ashwill</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Design of 9-meter carbon-fiberglass prototype blades: CX-100 and TX-100</article-title>. Sandia National Laboratories Report, No. SAND2007-0201. TPI Composites, Inc.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>5.</label><mixed-citation publication-type="conf-proc"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Moore</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Frei</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name></person-group> (<year>1983</year>). <article-title>X-29 forward swept wing aerodynamic overview</article-title>. <conf-name>Applied Aerodynamics Conference, Danvers</conf-name>, <conf-loc>MA, USA</conf-loc>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.2514/6.1983-1834</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>6.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>York</surname>, <given-names>C. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>On extension-shearing coupled laminates</article-title>. <source>Composite Structures</source><italic>,</italic> <volume>120</volume><italic>,</italic> <fpage>472</fpage>&#x2013;<lpage>482</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compstruct.2014.10.019</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>7.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Haynes</surname>, <given-names>R. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Armanios</surname>, <given-names>E. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>New families of hygrothermally stable composite laminates with optimal extension-twist coupling</article-title>. <source>AIAA Journal</source><italic>,</italic> <volume>48</volume><issue>(12)</issue><italic>,</italic> <fpage>2954</fpage>&#x2013;<lpage>2961</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.2514/1.J050596</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>8.</label><mixed-citation publication-type="conf-proc"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Apte</surname>, <given-names>A. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Haynes</surname>, <given-names>R. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>B. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Erian</surname>, <given-names>A. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Design of optimal hygrothermally stable laminates with bending-twist coupling by ant colony optimization</article-title>. <conf-name>13th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysis Optimization Conference Fort Worth</conf-name>, <conf-loc>Texas</conf-loc>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.2514/6.2010-9180</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>9.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Winckler</surname>, <given-names>S. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>1985</year>). <article-title>Technical notes: Hygrothermally curvature stable laminates with tension-torsion coupling</article-title>. <source>Journal of the American Helicopter Society</source><italic>,</italic> <volume>30</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>56</fpage>&#x2013;<lpage>58</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.4050/JAHS.30.56</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>10.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Cross</surname>, <given-names>R. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Haynes</surname>, <given-names>R. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Armanios</surname>, <given-names>E. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Families of hygrothermally stable asymmetric laminated composites</article-title>. <source>Journal of Composite Materials</source><italic>,</italic> <volume>42</volume><issue>(7)</issue><italic>,</italic> <fpage>697</fpage>&#x2013;<lpage>716</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/0021998308088597</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>11.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Haynes</surname>, <given-names>R. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Armanios</surname>, <given-names>E. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>The challenge of achieving hygrothermal stability in composite laminates with optimal couplings</article-title>. <source>International Journal of Engineering Science</source><italic>,</italic> <volume>59</volume><italic>,</italic> <fpage>74</fpage>&#x2013;<lpage>85</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijengsci.2012.03.013</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>12.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>York</surname>, <given-names>C. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Tapered hygro-thermally curvature-stable laminates with non-standard ply orientations</article-title>. <source>Composites Part A: Applied Science and Manufacturing</source><italic>,</italic> <volume>44</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>140</fpage>&#x2013;<lpage>148</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compositesa.2012.08.023</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>13.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>York</surname>, <given-names>C. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Almeida</surname>, <given-names>S. F. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>On extension-shearing bending-twisting coupled laminates</article-title>. <source>Composite Structures</source><italic>,</italic> <volume>164</volume><italic>,</italic> <fpage>10</fpage>&#x2013;<lpage>22</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compstruct.2016.12.041</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>14.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>York</surname>, <given-names>C. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Almeida</surname>, <given-names>S. F. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Tapered laminate designs for new non-crimp fabric architectures</article-title>. <source>Composites Part A: Applied Science and Manufacturing</source><italic>,</italic> <volume>100</volume><italic>,</italic> <fpage>150</fpage>&#x2013;<lpage>160</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compositesa.2017.04.023</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>15.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>York</surname>, <given-names>C. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>On bending-twisting coupled laminates</article-title>. <source>Composite Structures</source><italic>,</italic> <volume>160</volume><italic>,</italic> <fpage>887</fpage>&#x2013;<lpage>900</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compstruct.2016.10.063</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>16.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>D. K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Extension-shear coupled laminates with immunity to hygro-thermal shearing distortion</article-title>. <source>Composite Structures</source><italic>,</italic> <volume>123</volume><italic>,</italic> <fpage>401</fpage>&#x2013;<lpage>407</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compstruct.2014.12.032</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>D. K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Multi-objective optimization of hygro-thermally curvature-stable antisymmetric laminates with extension-twist coupling</article-title>. <source>Journal of Mechanical Science and Technology</source><italic>,</italic> <volume>28</volume><issue>(4)</issue><italic>,</italic> <fpage>1373</fpage>&#x2013;<lpage>1380</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12206-013-1171-y</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>18.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Cui</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>D. K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Bending-twisting coupled structures based on composite laminates with extension-shear coupling effect</article-title>. <source>Composite Structures</source><italic>,</italic> <volume>209</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>434</fpage>&#x2013;<lpage>442</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compstruct.2018.09.095</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>19.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Cui</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>D. K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Optimization of hybrid laminates with extension-shear coupling</article-title>. <source>International Journal of Aerospace Engineering</source><italic>,</italic> <volume>2018</volume><italic>,</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>12</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2018/9869105</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>20.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>York</surname>, <given-names>C. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Almeida</surname>, <given-names>S. F. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Effect of bending-twisting coupling on the compression and shear buckling strength of infinitely long plates</article-title>. <source>Composite Structures</source><italic>,</italic> <volume>184</volume><italic>,</italic> <fpage>18</fpage>&#x2013;<lpage>29</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compstruct.2017.09.085</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-21"><label>21.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jones</surname>, <given-names>R. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>1999</year>). <source>Mechanics of composite materials</source><italic>.</italic> <publisher-loc>Boca Raton</publisher-loc>: <publisher-name>CRC Press</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-22"><label>22.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Cui</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>D. K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>S. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Hygro-thermally curvature-stable free-layer composite laminates with extension-twist coupling</article-title>. <source>Advanced Composites Letters</source><italic>,</italic> <volume>27</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>108</fpage>&#x2013;<lpage>113</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/096369351802700303</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-23"><label>23.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Cui</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>D. K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>An adaptive structure based on hybrid extension-twisting coupled laminates</article-title>. <source>Mechanics of Composite Materials</source><italic>,</italic> <volume>56</volume><issue>(5)</issue><italic>,</italic> <fpage>601</fpage>&#x2013;<lpage>618</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11029-020-09907-0</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>24.</label><mixed-citation publication-type="conf-proc"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Krone</surname>, <given-names>N. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>1974</year>). <article-title>Divergence elimination with advanced composites</article-title>. <conf-name>Aircraft Systems and Technology Meeting</conf-name>, <conf-loc>Los Angeles, CA, USA</conf-loc>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.2514/6.1975-1009</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>25.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kolisch</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hartmann</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Experimental investigation of heuristics for resource-constrained project scheduling: An update</article-title>. <source>European Journal of Operational Research</source><italic>,</italic> <volume>174</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>23</fpage>&#x2013;<lpage>37</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ejor.2005.01.065</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-26"><label>26.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Tsai</surname>, <given-names>S. W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hahn</surname>, <given-names>H. T.</given-names></string-name></person-group> (<year>1980</year>). <source>Introduction to composite materials</source><italic>.</italic> <publisher-loc>Westport, Connecticut</publisher-loc>: <publisher-name>Technomic Publishing Company, Inc</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-27"><label>27.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Pang</surname>, <given-names>S. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Pandian</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bradshaw</surname>, <given-names>R. D.</given-names></string-name></person-group> (<year>1992</year>). <article-title>Modified Tsai-Wu failure criterion for fiber-reinforced composite laminates</article-title>. <source>Polymer Composites</source><italic>,</italic> <volume>13</volume><issue>(4)</issue><italic>,</italic> <fpage>273</fpage>&#x2013;<lpage>277</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/(ISSN)1548-0569</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-28"><label>28.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Majak</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hannus</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Orientational design of anisotropic materials using the hill and Tsai-Wu strength criteria</article-title>. <source>Mechanics of Composite Materials</source><italic>,</italic> <volume>39</volume><issue>(6)</issue><italic>,</italic> <fpage>509</fpage>&#x2013;<lpage>520</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1023/B:MOCM.0000010623.38596.3e</pub-id>.</mixed-citation></ref>
</ref-list>
</back>
</article>