[發(fā)明專利]一種考慮復合材料結構參數連續(xù)性的優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109583040B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設計）人: 吳斌;段婷婷;楊曄楠;劉鳳楠
• 申請（專利權）人: 中國航空工業(yè)集團公司西安飛機設計研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F119/14
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發(fā)明屬于飛機結構設計領域，具體為一種考慮復合材料結構參數連續(xù)性的優(yōu)化方法。包括如下步驟：初始結構分析、參數分區(qū)、選定基礎區(qū)、建立其他參數分區(qū)與基礎區(qū)的比率關系、建立比率約束條件、優(yōu)化設計、導出優(yōu)化結果。實現復合材料鋪層結構參數優(yōu)化的同時，兼顧了鋪層設計的連續(xù)性，優(yōu)化設計結果僅需少量的修正，可以直接應用于工程結構詳細設計。該方法操作性強，適應于各類優(yōu)化分析程序，計算效率高，消耗資源少。

技術領域

本發(fā)明屬于飛機結構設計領域，具體為一種考慮復合材料結構參數連續(xù)性的優(yōu)化方法。

背景技術

金屬結構優(yōu)化設計僅需要獲取各優(yōu)化設計分區(qū)的參數分布即可，但對于復合材料結構，為了兼顧鋪層的工藝性，各優(yōu)化設計分區(qū)間的參數必須具有的連續(xù)性。

傳統(tǒng)使用古典優(yōu)化設計算法(如規(guī)劃類算法等)進行優(yōu)化設計時，僅能將復合材料各分區(qū)的鋪層厚度作為優(yōu)化設計參數，而各分區(qū)間的鋪層往往很難連續(xù)，由此帶來的結果是需要對優(yōu)化設計結果進行修正，很多時候，對優(yōu)化設計的修正會帶來重量的回彈，減弱優(yōu)化減重的收益。如圖1所示為A區(qū)和B區(qū)的優(yōu)化設計結果，其中A區(qū)鋪層為厚區(qū)向B區(qū)進行厚度過渡，如果雙向進行厚度過渡，會造成過渡區(qū)型面的扭曲，工藝性和傳力特性都比較差，為了改善這種情況，需按圖2所示進行結果修正(即補回A區(qū)中的-45°鋪層)，這種修正使得A區(qū)重量增加，抵消了優(yōu)化設計取得的效果。

盡管遺傳算法等進化類優(yōu)化算法可以在基因組碼時兼顧鋪層的連續(xù)性，但對于大中型飛機的結構，優(yōu)化設計參數多，如果要獲得優(yōu)化設計結果，需要消耗大量的計算資源，需要數臺并行計算機經過數天的計算迭代才能獲得優(yōu)化設計結果。進化類優(yōu)化算法可以作為技術儲備研究，但離工程實際應用還需要提升計算效率。

發(fā)明內容

結合工程設計經驗，利用傳統(tǒng)的規(guī)劃類優(yōu)化算法，實現兼顧鋪層連續(xù)性的復合材料結構參數優(yōu)化設計，提高優(yōu)化效率，對優(yōu)化分析結果進行盡量少的修正，即可適用于工程結構的詳細設計。

技術方案

工程結構參數優(yōu)化設計在鋪層傳力路徑確定后開展，按照初始的載荷分布和結構應力/應變分布水平，確定出零件的優(yōu)化設計分區(qū)，對于蒙皮或粱腹板類以二維單元為主的零件。

提取各鋪層分區(qū)中各鋪向角的鋪層厚度。取零件上的厚區(qū)或薄區(qū)作為基礎分區(qū)，其各鋪向角的鋪層厚度作為基礎參數，構建基礎分區(qū)各鋪向角鋪層厚度與相鄰分區(qū)同一鋪向角的鋪層厚度間的比率關系：R1、R2、……、Rn。

根據結構的受力特點以及復合材料結構設計要求中對相鄰厚度區(qū)厚度變化的限制要求，對每一比率給定一個取值區(qū)間，并作為優(yōu)化約束條件的一部分引入到優(yōu)化設計模型中，提交優(yōu)化計算。

根據計算結果，適當調整厚度比率的取值區(qū)間，最終得到復合材料結構各鋪向角的鋪層厚度最優(yōu)值，同時保證薄區(qū)的某一鋪向角的鋪層厚度能夠被涵蓋在厚區(qū)內，使鋪層在相鄰分區(qū)間連續(xù)。優(yōu)化設計流程如圖3所示。

本技術方法不依賴于優(yōu)化設計的軟件、算法，可保證優(yōu)化結果中，復合材料各鋪層在相鄰分區(qū)間的連續(xù)性。將復合材料相鄰鋪層分區(qū)厚度變化轉換為鋪層分區(qū)間厚度比率，將厚度比率作為優(yōu)化約束條件之一代入到優(yōu)化模型中，使厚區(qū)中某一鋪層角的厚度大于或等于薄區(qū)中同一鋪層角的厚度，把對復合材料鋪層的形狀優(yōu)化轉換成數值優(yōu)化。

所述的零件，為蒙皮或粱腹板類以二維單元為主

技術效果

1.實現復合材料鋪層結構參數優(yōu)化的同時，兼顧了鋪層設計的連續(xù)性，優(yōu)化設計結果僅需少量的修正，可以直接應用于工程結構詳細設計。

2.該方法操作性強，適應于各類優(yōu)化分析程序，計算效率高，消耗資源少。

附圖說明

圖1是鋪層優(yōu)化設計結果圖

圖2是優(yōu)化設計結果的修正圖