[發明專利]一種復合材料結構的鋪層優化方法

有效

• 申請號: 201811457897.5
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109583090B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 姚宇地;吳迪;肖凱;劉賽;張濤;郭愛民;熊艷麗;陳飛;鄧云飛;彭波;孔文秦;徐方舟;石小亮;宋春雨;張斌
• 申請（專利權）人: 中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F30/27;G06F113/26;G06F111/04;G06F111/06
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

一種復合材料結構的鋪層優化方法，屬于飛行器結構機構設計領域。本發明根據所需要優化的復合材料結構在PATRAN中建立復合材料層合板結構有限元模型，并設置好優化目標、約束條件、設計變量等基礎參數，從而實現后續用PCL語言對其進行優化算法嵌入，優化目標、約束條件、設計變量等內容細化，最后建立可以用于NASTRAN調用的復合材料結構鋪層優化模型文件，從而完成對復合材料結構鋪層的優化設計。

技術領域

本發明涉及一種復合材料結構的鋪層優化方法，屬于飛行器結構機構設計領域。

背景技術

隨著飛行器設計要求的日益提高，且服役環境異常嚴酷，發展新型材料和新結構迫在眉睫，而復合材料評價高比強度、高比剛度、耐疲勞、抗腐蝕等優點，在現代飛行器結構的設計與制造中得到了廣泛應用，復合材料結構的可設計性為設計人員提供了更為廣闊的設計空間。通過通過優化其鋪層角度、鋪層順序，最終提高結構的各項性能指標。因此，復合材料結構優化具有重要的實際應用意義。在復合材料結構優化的工程實際應用中，面臨著兩個主要問題，一個是目前商用的復合材料結構分析軟件沒有集成對復合材料的優化算法，研究人員根據特定工況，需編寫分析計算程序和優化算法。不僅增加優化周期，也無法實現通用性。第二個問題是復合材料結構優化的設計變量規模不同于金屬結構，表現為設計變量數目龐大、類型既有離散的，又有連續的、同時變量之間相互影響。為了提高優化效率，必須選擇合適的優化算法，同時降低設計變量數目。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種復合材料結構的鋪層優化方法。該方法以重量最小為優化目標，以應變、應力及頻率等為約束條件，以鋪層角度、數量為設計變量，實現了復合材料結構的鋪層優化方法，便于結構設計人員使用。

本發明的技術解決方案是：一種復合材料結構的鋪層優化方法，包括如下步驟：

S1，根據待優化結構的結構形式、鋪層信息和邊界條件建立有限元仿真模型，并生成初始計算文件；所述邊界條件為實際受力狀況；

S2，根據所述有限元仿真模型，確定待優化結構的優化變量、優化目標和約束條件，根據所述優化變量、優化目標和約束條件的特征信息確定優化算法，將所述優化變量、優化目標和約束條件作為優化算法的輸入，并與優化算法一并寫入初始計算文件，生成優化計算文件；

S3，將所述優化計算文件提交解算器進行計算，得到優化后的鋪層結構，完成待優化結構的結構優化。

進一步地，所述待優化結構為截面為π型梁的5個桁條。

進一步地，所述優化變量為所述5個桁條的頂梁寬度W、底梁寬度W1和桁條高度H，優化目標為總質量最小，所述約束條件為1mm<W<24mm，1mm<H<32mm，1mm<W1<16mm，所有梁均不發生失穩，且所有桁條的拉、壓應變均在設定值范圍內。

進一步地，所述鋪層信息包括鋪層角度、鋪層數量和單層厚度。

進一步地，所述有限元仿真模型在PATRAN中建立。

進一步地，所述初始計算文件和優化計算文件分別為初始BDF文件和優化BDF文件。

進一步地，所述解算器為NASRTAN。

進一步地，所述特征信息為：優化變量為連續或離散，優化目標和約束條件為線性或非線性。

進一步地，所述優化算法的選擇方法為：若優化變量為連續，且優化目標和約束條件為線性時，優化算法為傳統算法；當優化變量為離散，且優化目標和約束條件為非線性時，優化算法為智能算法；所述傳統算法包括梯度法、HASSIAN矩陣法、拉格朗日乘數法或梯度下降法；所述智能算法包括模擬退火、遺傳算法、禁忌搜索或神經網絡。

進一步地，所述優化算法為梯度算法。