[发明专利]一种含丢层复合材料层合板铺层优化方法

说明书

本发明属于复合材料结构设计技术领域，具体涉及一种含丢层复合材料层合板铺层优化方法。本发明提供了将含丢层复合材料层合板几何建模、有限元计算、铺层顺序优化串联起来的优化框架，在几何建模中根据丢层边界对模型进行区域划分，将整体复杂的结构分为了离散的区域，以插层的方式完成对每一个区域的铺层参数的设定从而获得铺层顺序，并且能够保证以该方法获得的铺层顺序满足可丢层性。优化过程将铺层顺化问题转化为了插层位置、角度优化问题，使优化效率更高。

技术领域

本发明属于复合材料结构设计技术领域，具体涉及一种含丢层复合材料层合板铺层优化方法。

背景技术

由于飞机结构轻量化要求，对复材蒙皮划分区域、各区域按不同厚度设计是常需要做的工作。含丢层复材层合板铺层优化问题相比一般复材层合板优化问题，设计性更强，铺层顺序组更多，优化难度更大。

现有技术提出了一些理论，简单算例的解析结果说明含丢层复合材料层合板铺层优化设计是可行的，但目前我们对复杂飞机结构的铺层优化设计仍然不够精确，原因在于未将优化理论结合有限元分析。如何将这些优化思想结合有限元软件解决复杂壁板的铺层优化需要进一步研究。

发明内容

本发明的目的：本发明提供一种适用于含丢层复合材料层合板的铺层优化方法，该方法主要目的是结合有限元分析软件完成含丢层铺层优化，该方法具有一般性，能够优化常规铺层。这种方法不再局限于简单结构的铺层优化，同样适用于复杂飞机结构的铺层优化，能够解得多组可行解和相对最优解，为复合材料铺层设计提供参考，具有一定的实用价值。

本发明的技术方案：一种含丢层复合材料层合板铺层优化方法，包括以下步骤：

步骤S1：在有限元软件中，按照丢层边界对模型划分为n个区域，各区域分别记为Q_i——i＝1、2...n；

步骤S2：在有限元软件中，对划分的区域分别设置各区域给定的初始铺层数量L(Q_i)、及各区域初始铺层顺序参数，所述各区域初始铺层顺序参数均为0；

步骤S3：在有限元软件中，建立约束条件，使结构选定的几何边界固支或者简支、对结构选定的几何元素进行加载，设置输出目标如应力、应变、位移；将上述建立的模型提交计算后生成包含完整铺层信息的网格模型INP文件；

步骤S4：对每一个划分的区域，建立与该区域铺层数量L(Q_i)相等的{S_i(x)——x＝1、2...L(Q_i)}_i＝1...n作为各区域的铺层顺序参数；

步骤S5：对铺层数量最小的区域设置确定的铺层顺序参数S₁(x)——x＝1、2...L(Q₁)；

步骤S6：以插层的方式按铺层数量由小到大的顺序设置其余各区域铺层顺序参数；

步骤S7：用步骤S6确定的各区域铺层顺序参数一一映射到所述步骤S3的INP文件中各区域初始铺层顺序参数，将映射后的INP文件输入有限元软件进行计算、得到输出目标结果；

步骤S8：根据所述步骤S7计算得到的输出目标结果，将铺层优化问题转化为插层优化问题，对铺层顺序参数赋予新的数值；

步骤S9：重复步骤S5-S8直到计算结果满足要求。

在一个可能的实施例中，步骤S1所述的按照丢层边界对模型进行精确的区域划分是指模型须按照所有丢层边界进行区域划分为n个区域Q——i＝1、2...n，按照铺层数量由小到大的顺序对各区域按顺序编号：对有L(Q_i)＜L(Q_i+1)。

在一个可能的实施例中，步骤S3中所述的INP文件包含了完整的区域划分信息、充分的加荷、约束情况。