[发明专利]一种基于多工况失效载荷的复合材料结构不确定优化方法

权利要求书

1.一种基于多工况失效载荷的复合材料结构不确定优化方法，其特征在于：实现步骤如下：

步骤(1)、首先复合材料结构分析的不确定性进行定源分析，对材料参数具有统计规律的变量进行不确定定量化分析，将边界条件设置为优化参数，材料参数包括弹性模量，边界条件包括约束刚度；

步骤(2)、建立复合材料结构有限元模型，采用壳单元对复合材料结构优化部分进行构建，参数化结构材料参数和边界条件参数；

步骤(3)、以不确定参数为输入变量，在指定边界条件参数下利用不确定传播方法对结构响应和失效载荷进行不确定性分析，得到不确定参数影响下结构响应和承载能力的不确定性区间；

步骤(4)、利用如下优化列式对所建立的有限元模型在不确定条件下进行模型修正和确认：

find k_ij,t i,j＝1,2,3

式中其中k_ij，t代表边界条件的参数，|| ||代表2范数，ε,P,F分别代表局部应变，结构屈曲载荷和失效载荷，E代表期望，^-代表试验值的均值；

步骤(5)、根据结构设计要求规定结构许用承载能力；

步骤(6)、基于安全系数方法对结构进行超级层厚度优化，优化列式如下所示，

其中W为重量，n₀,n₄₅为0°和45°复合材料单层层数，n为安全系数，F₁和F₂分别代表不同工况下的失效载荷；

步骤(7)、将步骤(6)中优化得到的复合材料不同角度超级层厚度进行圆整，使之成为加工工艺所能达到单层厚度的整数倍；

步骤(8)、在超级层厚度优化的基础上按照下式进行铺层顺序优化：

式中，θ_u为铺层方案，为铺层方案应满足的工艺约束，[F₁]，[F₂]，…为不同工况下的结构承载力；

步骤(9)、以材料参数的不确定性为基础，对步骤(8)得到的结构进行不确定性分析，得到承载力的区间估计，并将其与设计值比较得到不同工况下的结构可靠性；

步骤(10)、以步骤(9)所求得的可靠性为约束对结构进行可靠性优化，首先以下式的优化列式对复合材料结构进行减重优化，

其中，X^I为材料强度区间，E^I为弹性参数区间，是由基于安全系数优化结果所对应的失效载荷可靠度；

步骤(11)、将步骤(10)中优化得到的复合材料不同角度超级层厚度进行圆整，使之成为加工工艺所能达到单层厚度的整数倍；

步骤(12)、在超级层厚度优化的基础上按照下式进行铺层顺序优化：

其中F₁，F₂，…分别代表不同工况下复合材料结构失效载荷下界。

2.根据权利要求1所述的一种基于多工况失效载荷的复合材料结构不确定优化方法，其特征在于：不确定条件下的模型修正与确认方法，力学分析问题可以利用下式表示：

y＝f(x₁,…,x_n,P) (2)

其中y为结构响应，x₁,…,x_n为材料参数，为不确定变量，P为边界条件，已知y的少量样本y₀,y₁和x₁,…,x_n的区间边界，模型修正的目标是求取P的最可能取值求解，令等号左右两边的估计量相等，从而求得参数P，估计量需满足无偏性、有效性和相合性三个特性，构造估计量的方法为矩估计法，，因此构建的优化模型为：

find k_ij,t i,j＝1,2,3

其中E为不确定条件下仿真得到的期望，代表试验值的均值。

3.根据权利要求1所述的一种基于多工况失效载荷的复合材料结构不确定优化方法，其特征在于：利用分步加载和复合材料材料失效退化方法对结构承载能力进行求解。

4.根据权利要求1所述的一种基于多工况失效载荷的复合材料结构不确定优化方法，其特征在于：该方法可以在保证基于可靠性的优化方案可靠性优于基于安全系数优化方法得到的复合材料结构优化方案，提高结构性能。