[發(fā)明專利]一種考慮可制造性的復合材料結構優(yōu)化設計方法

有效

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• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111444579B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設計）人: 夏奇;霍宇航;宗子豪;蒲史鳴;史鐵林
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;孔娜

1.一種考慮可制造性的復合材料結構優(yōu)化設計方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

S1將復合材料的結構設計域劃分為N個單元，并設定各單元中心點的纖維角度θ_e的初始值，其中，e＝1，2，...，N；

S2利用所述各單元中心點的纖維角度θ_e建立單元剛度矩陣K_e，并根據該單元剛度矩陣K_e計算所述復合材料的整體位移向量U，以及各單元的位移向量u_e；

S3利用所述整體位移向量U計算所述復合材料的目標函數柔度值c，同時利用所述各單元的位移向量u_e計算所述各單元中心點的靈敏度

S4以各單元中心點為矩形中心點，設置第一矩形區(qū)域，保證所述第一矩形區(qū)域的長邊與該單元中心點的纖維方向平行，然后對該第一矩形區(qū)域內各單元中心點的靈敏度進行過濾處理，以得到該單元中心點的過濾靈敏度

S5以各單元的中心點為矩形中心點，設置第二矩形區(qū)域，保證所述第二矩形區(qū)域的長邊與該中心點的纖維方向垂直，然后計算所述第二矩形區(qū)域內所有單元中心點的過濾靈敏度的平均值，以得到該單元中心點的靈敏度平均值

S6根據所述步驟S3獲得的所述目標函數柔度值c，所述步驟S5獲得的各單元中心點的靈敏度平均值以及所述纖維角度θ_e的上下界更新所述各單元中心點的纖維角度θ_e；

S7利用更新后的所述各單元中心點的纖維角度θ_e重復所述步驟S2～S6，直至滿足優(yōu)化終止條件，以此完成所述復合材料的優(yōu)化設計。

2.如權利要求1所述的考慮可制造性的復合材料結構優(yōu)化設計方法，其特征在于，所述步驟S3中，各單元中心點的靈敏度采用如下公式計算：

3.如權利要求1所述的考慮可制造性的復合材料結構優(yōu)化設計方法，其特征在于，所述步驟S4中，第一矩形區(qū)域的長邊長度不小于單元尺寸的5倍，其短邊長度不小于單元尺寸的2倍。

4.如權利要求1所述的考慮可制造性的復合材料結構優(yōu)化設計方法，其特征在于，所述步驟S4中，所述單元中心點的過濾靈敏度采用如下公式計算：

其中，T_e為第一矩形區(qū)域，θ_i為第一矩形區(qū)域T_e內任一單元中心點的纖維角度，w_i為權重因子；

所述權重因子w_i采用如下公式計算：

其中，r_min為過濾半徑，dist(e，i)為單元中心點e到單元中心點i的歐氏距離。

5.如權利要求1所述的考慮可制造性的復合材料結構優(yōu)化設計方法，其特征在于，所述步驟S5中，第二矩形區(qū)域的短邊長度不超過單元尺寸，該第二矩形區(qū)域的長邊長度為其短邊長度的10～20倍。

6.如權利要求1所述的考慮可制造性的復合材料結構優(yōu)化設計方法，其特征在于，所述步驟S5中，所述單元中心點的靈敏度平均值采用如下公式計算：

其中，R_e為第二矩形區(qū)域，n為位于第二矩形區(qū)域R_e內的單元中心點的數目，θ_j為第二矩形區(qū)域R_e內任一單元中心點處的纖維角度。

7.如權利要求1～6任一項所述的考慮可制造性的復合材料結構優(yōu)化設計方法，其特征在于，所述步驟S7中，優(yōu)化終止條件為達到預設的優(yōu)化次數。