[發明專利]一種考慮疲勞可靠性的復合材料鋪層優化設計方法

有效

• 申請號: 201610136672.4
• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN105760619B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 王曉軍;石慶賀;王磊;王睿星;呂崢;蘇歡
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

1.一種考慮疲勞可靠性的復合材料鋪層優化設計方法，其特征在于實現步驟如下：

步驟(1)、建立飛機結構的有限元模型，將復合材料結構設計區域的模型使用殼單元建立，輸入鋪層的材料種類，對結構賦以初始結構鋪層屬性；

步驟(2)、總結結構在各種環境下的載荷工況，依據載荷的重要形式采用不同的系數對各種工況下的結構響應進行加權求和；

步驟(3)、根據飛機結構形式及響應情況，將結構分為n個待優化區域，作為后續鋪層優化的變量；

步驟(4)、判斷結構分區是否合理，如不合理跳過當前設計點，轉到步驟(3)，重新對結構進行分區；

步驟(5)、根據結構的工藝水平設置復合材料結構的鋪層變量，將工藝能夠加工的所有鋪層角度分別作為超級層，每一層的厚度作為優化變量，將以上設計的超級層賦予每一個鋪層分區，需要注意的是，各個相鄰區域的鋪層之間有公用的超級層；

按照靜強度覆蓋疲勞的模型設計相關試驗，按照下式求解式中的試驗參數：

R^*(0)＝[(S^*)^c+σ₀^cK(S^*)^bN]^1/c

式中R^*(0)代表靜強度，S^*為疲勞強度，N為疲勞壽命，σ₀代表尺度參數，c、K、b都是試驗常數，可以通過試驗數據根據參數估計確定，其中S^*為疲勞強度，為滿足下式條件的最大循環應力，S^*由下式確定：

式中P代表存活率，S為許用應力，m為參數；

步驟(6)、進行第一級優化，即厚度優化；以結構的強度，剛度，固有模態頻率，疲勞可靠性作為約束，以結構的重量為優化目標進行第一步優化；

步驟(7)、將步驟(6)中優化得到的各個角度鋪層厚度進行圓整，使之成為工藝所能達到單層厚度的整數倍；

步驟(8)、進行第二級鋪層順序優化；優化目標是第一級優化中的約束條件，即結構的強度，剛度，固有模態頻率，疲勞可靠性；考慮結構鋪層設計中的工藝原則，同一方向的鋪層組多于四層；相鄰兩層間的夾角不超過60°作為一類約束條件，同時考慮結構強度作為約束條件，以復合材料強度比作為優化目標，以復合材料結構的鋪層順序作為優化變量，采用遺傳算法對結構的鋪層進行第二級優化，直到滿足迭代終止條件。

2.根據權利要求1所述的一種考慮疲勞可靠性的復合材料鋪層優化設計方法，其特征在于，該方法可以在保證結構綜合強度的前提下降低結構質量，提高結構性能。