[发明专利]基于工程的复合材料层合板铺层优化后处理方法

摘要

本发明提出了一种基于工程可实现的复合材料层合板铺层优化后处理方法，可以在对复合材料层合板结构进行精细化设计优化后，保证后处理完成后层合板各优化单元铺层厚度光顺连续，消除“凸起”和“凹坑”等奇异单元，且各优化单元单层铺层厚度和铺层角度实现工程合理化。采用基于最小二乘算法的多项式曲面拟合方法，对复合材料层合板铺层设计优化结果进行厚度方向曲面拟合，并加以力学约束；对拟合处理后的复合材料层合板中所有优化单元进行等效刚度转换，在保证层合板各优化单元刚度相等且质量基本一致的情况下，确保各优化单元中各单层铺层角度转化成0°、±45°、90°四种工程常用角度，且各优化单元中各单层厚度都转化为指定单层厚度。

主权项

基于工程的复合材料层合板铺层优化后处理方法，该复合材料层合板铺层包括原始铺层和经过优化后添加的铺层，其特征在于：该方法的步骤是：⑴统计初始模型信息采集复合材料层合板优化后模型(1)中各优化单元(2)的单元编号，然后再统计复合材料层合板优化后模型(1)中各优化单元(2)的几何信息和铺层信息，并将这些数据写入统计信息文件，作为第一次等效刚度转换的输入参数；上述各优化单元(2)的单元编号是指优化后模型(1)中各优化单元(2)的单元属性编号；上述各优化单元(2)的几何信息包括优化后模型(1)中各优化单元(2)的中心点坐标Xi、Yi，i＝1,2…n，和各优化单元的单元面积Si，i＝1,2…n；上述各优化单元(2)的铺层信息包括优化后模型(1)中各优化单元(2)的铺层层数Ni，i＝1,2…n，各优化单元(2)的铺层厚度Ti，i＝1,2…n，各优化单元(2)的铺层体积Vi,i＝1,2…n，及所有优化单元(2)总体积V；⑵对各优化单元(2)进行第一次等效刚度转换，并修改优化后模型(1)，将各优化单元(2)中各单个铺层厚度设定为0.1～0.2mm，按照复合材料层合板三向刚度等效原则，在保证各优化单元(2)刚度相等且质量基本一致的情况下，将优化后模型(1)中各优化单元(2)的铺层角度转换成0°、±45°或90°四种角度之一；完成上述第一次等效刚度转换后，根据转换得到的各优化单元(2)的铺层厚度和铺层角度，得到临时模型一，统计临时模型一中各优化单元(2)的铺层信息，并根据这些数据更新统计信息文件；⑶各优化单元(2)的铺层厚度曲面拟合处理3.1以临时模型一中各优化单元(2)的中心点坐标Xi、Yi，i＝1,2…n，分别作为横、纵坐标输入参数，以各优化单元(2)的铺层厚度Ti，i＝1,2…n，作为竖坐标输入参数，将临时模型一中各优化单元(2)离散成三维空间内散乱数据点；3.2选取曲面拟合算法及曲面拟合多项式，对三维空间内散乱数据点以铺层厚度为目标进行曲面拟合，得到临时模型一中各优化单元(2)的拟合后的临时铺层厚度；3.3从结构力学角度对所得到的临时铺层厚度进行修正，计算出临时模型一中各优化单元(2)的应力，找到临时铺层厚度最大的优化单元的应力，并将其他优化单元(2)的应力与该优化单元进行比较，若应力大于该优化单元，则将其临时铺层厚度调整为该优化单元的铺层厚度，若应力小于该优化单元，则保持其临时铺层厚度不变，修正处理完成后，得到临时模型一中各优化单元(2)的铺层新厚度：Ti′，i＝1,2…n；⑷修改临时模型一将得到的临时模型一中各优化单元(2)的铺层新厚度：Ti′，i＝1,2…n，与其对应的原优化后模型(1)的各优化单元(2)的铺层厚度Ti，i＝1,2…n，进行比较，计算两者的差值ΔTi，即：ΔTi＝Ti′‑Ti，i＝1,2…n；  公式1根据差值ΔTi，选取以下方式之一对临时模型一优化单元(2)的铺层厚度进行修改；a若ΔTi＞ε，在该临时模型一优化单元(2)的铺层厚度基础上添加厚度为ΔTi的复合材料铺层；b若ΔTi＜－ε，在该临时模型一优化单元(2)的铺层厚度基础上减去厚度为|ΔTi|的复合材料铺层；c若|ΔTi|＜ε，则不对该临时模型一优化单元(2)的铺层厚度做任何改动；上述ε的取值为0.01～0.1mm；依次针对临时模型一中所有优化单元(2)的铺层厚度进行比较及修改后，得到临时模型二；⑸按上述步骤⑵，对临时模型二中的各优化单元(2)进行第二次等效刚度转换，得到最终模型。