層合板離散鋪層角度設計方法

2023-12-10 21:51:52 1

專利名稱：層合板離散鋪層角度設計方法
技術領域：
本發明涉及一種層合板鋪層設計方法，特別涉及一種層合板離散鋪層角度設計方 法。
背景技術：
層合板由於其輕質、高性能、可設計性強，在航空航天領域得到越來越廣泛的應 用。層合板通常由多種不同纖維角的鋪層複合而成，而每一層可能由具有不同纖維角的補 片構成。工程應用中，通常纖維角度取一系列離散值。因此，層合板離散鋪層角度設計能夠 實現結構的輕質高效的性能要求，儘可能的挖掘設計潛力，具有重要的理論和應用價值。現有的層合板離散鋪層角度設計方法主要有兩大類。一類是採用遺傳算法等作為 優化算法。此類方法理論上具有全局尋優能力，並且能處理各類複雜性能要求；然而由於求 解效率低下，此類方法無法用於多變量大規模問題的求解。另一類方法是將離散鋪層角度 設計問題轉化為多相材料拓撲優化問題，採用靈敏度驅動的定量優化算法求解。此類方法 求解效率高，因此適用於多變量大規模設計問題，但難以保證獲得全局最優解，某些複雜設 計要求也難以處理。文 1 "Stegmann J, Lund E.Discrete material optimization of general composite shell structures. International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2005. 62 :2009-2027. 」公開了一種層合板離散鋪層角度優化設計方法；在每 一獨立設計區域內，該方法每一鋪層角度對應一個設計變量；對具有η個獨立設計區域問 題，每一區域內設計變量數目mv與離散的鋪層角度數目m相等；當鋪層角度數目m較大時， 該方法的設計變量數目也較大，從而在處理大規模問題時需要消耗大量存儲空間和計算時 間。文獻 2 "Bruyneel M. SFP_a new parameterization based on shape functions for optimal material selection !Application to conventional composite plies. Structural and Multidisciplinary Optimization. 2011. 43(1) : 17-27. 」 公開了一種針 對0°、90°和士45°四種鋪層角度的層合板的優化設計方法；在每一獨立設計區域內，該 方法需要2個設計變量；對相同問題，該方法所需設計變量數是文獻1設計方法的一半，但 該方法只適用於4種鋪層角度的層合板設計問題。

發明內容
為了克服現有的離散鋪層角度設計方法中優化問題規模大的不足，本發明提供一 種層合板離散鋪層角度設計方法，該方法採用二值編碼材料插值模型和相應的數學規劃 法，建立離散鋪層角度優化模型，以結構整體剛度最大即柔順度C最小為設計目標。該方法 適用於任意數目離散鋪層角度的設計問題，所需設計變量數目和優化問題規模均不大於現 有方法，且當鋪層角度數目較多時能夠大大縮減變量數目和優化問題規模，可以滿足實際 工程需求。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案一種層合板離散鋪層角度設計方法， 其特點是包括以下步驟(a)對m個鋪層角度設計問題，每個單元所需設計變量數=「lg2m"l ；建立層合 板設計空間有限元模型和設計變量初始值Xik = 0，其中，i表示單元編號，k表示該單元相 應的第k個設計變量；給定第j種鋪層角度下單元i的剛度矩陣為；採用以下公式設置 係數的數值

其中
權利要求
1. 一種層合板離散鋪層角度設計方法，其特徵在於包括下述步驟 (a)對m個鋪層角度設計問題，每個單元所需設計變量數=「lg2m"| ；建立層合板設 計空間有限元模型和設計變量初始值Xik = 0，其中，i表示單元編號，k表示該單元相應的 第k個設計變量；給定第j種鋪層角度下單元i的剛度矩陣為；採用以下公式設置係數sJk的數值
全文摘要
本發明公開了一種層合板離散鋪層角度設計方法，用於解決現有的離散鋪層角度設計方法中優化問題規模大的技術問題。技術方案是採用二值編碼材料插值模型，建立離散鋪層角度優化模型，以結構整體剛度最大即柔順度C最小為設計目標，採用數學規劃法進行優化設計。本方法適用於任意數目離散鋪層角度的設計問題，所需設計變量數目和優化問題規模均不大於現有方法，且當鋪層角度數目較多時能夠大大縮減變量數目和優化問題規模。
文檔編號G06F17/50GK102081696SQ20111004500
公開日2011年6月1日 申請日期2011年2月24日 優先權日2011年2月24日
發明者張衛紅, 高彤 申請人:西北工業大學