[發明專利]復合材料鋪層調整的工程優化方法

有效

• 申請號: 201310365429.6
• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN103400017A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 萇偉鵬;方采文;李同;楊學萌;薛大鵬;張樹軍;何續斌
• 申請（專利權）人: 中航沈飛民用飛機有限責任公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明是用于復合材料層壓板結構鋪層調整的工程優化方法。

背景技術

目前，復合材料層壓板結構鋪層調整工作主要由設計員根據相關設計準則，手工進行操作，這占用了設計員的大量時間。而且由于復合材料鋪層設計準則大多數為定性原則，導致鋪層調整的設計質量完全依賴于設計員的經驗水平。并且調整結果的優劣在調整過程中，設計員難以判斷，只能等待后續強度的校核。這往往導致幾輪的反復，造成了設計節點的延誤。

在2010年與龐巴迪和西班牙的AERNNOVA公司進行C系列中央翼盒的技術轉移過程中，以外方一名十年復合材料設計經驗的設計員為例，其手工調整一項較為簡單的梁壁板零件，仍需一周的時間。并且由于調整過程中涉及各專業的因素考量，調整過程往往顧此失彼，需要幾輪反復。同時由于此環節是連接設計方案與真實產品的關鍵環節，所以其設計的優劣與效率對項目進展有很大的影響。

發明內容

本發明的目的是提供一種復合材料設計中鋪層調整的工程優化方法，并通過計算機程序實現，提高工作效率。

本發明的目的是通過以下技術實現的：本發明包括鋪層比例調整優化方法和定向鋪層堆棧調整方法，所述鋪層比例調整優化方法是基于復合材料層壓板零件當前結構的初始鋪層數據，以復合材料總體結構的鋪層角比例差AML指標變化最小為優化目標，通過規劃求解的計算方法，得到彼此兼容的鋪層比例數據；然后以上述鋪層比例調整優化方法得到的鋪層比例數據為輸入，進行定向鋪層堆棧調整方法。

本發明中所述鋪層比例調整優化方法，具體步驟如下：

（1）讀取初始鋪層數據，并統計每一區域內各角度的總層數及不同角度的總層數；

（2）建立求解模型，即按序建立參數計算公式，分別為：

①各角度鋪層比例=該角度鋪層數/總層數，

②：鋪層角比例AML=%±45-%0-|%(+45)-%(-45)|/2；

（3）完成限制條件和目標函數的設定，包括設定奇偶條件、設定層數條件、設定比例條件及設定求解目標；

（4）設定求解精度；

（5）規劃求解計算；

（6）判斷并輸出。

所述設定奇偶條件：在鋪層比例的調整過程中，±45°的鋪層數恒為偶數，其通過以下公式實現：

±45°鋪層數=N*2，其中N為計算機隨機指定的非負整數；

所述設定總層數條件：即設定各厚度區域的總層數，在某一厚度區域內的各角度鋪層數在變化時，保持該厚度區域內的總層數不變，其公式為：總層數=（0°層數）+（45°層數）+（-45°層數）+（90°層數）。

設定比例條件是在鋪層比例的調整過程中，自動分析各區域中各角度鋪層比例可能的調整范圍；即在某一厚度區域內的各角度鋪層比例在變化時，不應超過該厚度區域指定的比例范圍。

所述比例范圍的計算方法為：

首先，將不同的角度鋪層比例分為3個族，即：

a)SOFT：（40,40,20），即0°占40%，±45°占40%，90°占20%；

b)HARD：（60,30,10），即0°占60%，±45°占30%，90°占10%；

c)QUSI：（25,50,25），即0°占25%，±45°占50%，90°占25%；

其次，設定比例上下浮動范圍為5%，對多厚度區層壓板逐區域進行分析，在設定活動范圍內，確定與上述比例族的比例最為接近的區域；

然后，根據確定區域的對應比例族確定比例限定范圍。

所述QUSI鋪層與SOFT鋪層相鄰，且兩者不兼容時，原QUSI鋪層向SOFT鋪層比例進行變化。

所述設定目標函數是以鋪層角比例差AML整體變化最小為目標函數。

所述初始鋪層數據包括鋪層區域分區、各區域鋪層總數及各區域中各角度鋪層層數。

所述定向鋪層堆棧調整方法是以鋪層比例調整優化方法的計算結果為鋪層數的輸入，而后對最薄層區域進行保護，即保持最薄層不變，以其輸入狀態的空間鋪層堆棧次序為基準，隨后次薄層在保持與最薄層堆棧次序相容的前提下，生成所有可能的堆棧次序設計方案，并通過現有的經典層壓板計算工具進行計算，直至得到最優解；隨后再以當前堆棧為基準，進行下一次薄區域的計算，依次遞推，完成從最薄層到最厚層的堆棧次序調整過程。

所述定向鋪層堆棧調整方法，具體步驟為：

（1）讀取基準堆棧次序；

（2）生成所有與基準堆棧相容的可能次厚層堆棧；

（3）順序讀取可能次厚層堆棧；