[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

摘要

本发明公开了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，包括如下步骤：(1)对所建立的有限元模型在不确定条件下进行模型修正与确认。(2)对复合材料进行基于安全系数的优化，分为两级优化，第一级以结构重量为目标进行复合材料超级层优化，第二级以结构承载能力为目标进行铺层顺序优化。(3)以第(1)步定量化的不确定参数区间为基础，对第(2)步优化得到的方案的承载能力进行可靠性分析，得到结构在不同工况下承载能力的可靠性。(4)对复合材料进行基于可靠性的优化，以第(3)步优化得到方案的承载能力可靠性为约束对，以减重为目标进行超级层优化，第二级以最大化结构承载能力下界为目标进行铺层顺序优化。

主权项

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 kij,t i,j＝1,2,3式中其中kij，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， min W f i n d n 0 , n 45 , ... s . t . F 1 ≥ n × [ F 1 ] , F 2 ≥ n × [ F 2 ] , ... - - - ( 1 ) ]]>其中W为重量，n0,n45为0o和45o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，θu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，XI为材料强度区间，EI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。