[发明专利]一种考虑复合材料损伤的管铰链空间可展结构优化设计方法

摘要

本发明提供一种考虑复合材料损伤的管铰链空间可展结构优化设计方法。本发明建立管铰链空间可展结构的有限元模型；利用材料均匀化，获得其等效材料性能及失效参数；对管铰链折叠进行仿真分析，得到管铰链弯矩‑转角变化曲线与损伤因子；建立以应变能为目标，管铰链厚度、槽长、槽宽为设计变量，材料损伤因子为约束的参数优化模型；基于响应面方法，构造目标函数和约束函数的响应面，实现约束和目标函数的显式化；采用遗传算法求解结果。该方法考虑了复合材料管铰链在折叠过程中存在失效的问题，在优化上缩短了管铰链空间可展结构的设计周期，提高了工作效率，节省了设计成本。

主权项

1.一种考虑复合材料损伤的管铰链空间可展结构优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，建立管铰链空间可展结构的几何模型；第二步，将复合材料模型看做一个线性弹性薄基尔霍夫板，并运用均匀化技术获得其等效材料性能，随后附给几何模型等效材料属性、失效参数；第三步，建立复合材料管铰链空间可展结构的有限元模型，包括：网格划分、施加约束和加载方式，网格单元类型选择S4R壳单元，该单元适用于分析大位移小应变问题；第四步，基于Abaqus软件对管铰链折叠进行仿真分析，得到管铰链弯矩‑转角变化曲线与铰链折叠过程中最大损伤因子；第五步，建立以稳态弯矩和临界弯矩为目标，以管铰链厚度、槽长、槽宽为设计变量，以管铰链损伤因子为约束，得出铰链在不造成永久性损伤的力学性能最佳为优化目标的参数优化模型；第六步，基于响应面方法，根据变量设计区域范围，采用三参数三水平设计试验样本点，构造目标函数和约束函数的响应面，实现约束和目标函数的显式化，并对拟合精度进行检验；目标、约束函数的拟合表达式为：其中f为拟合多项式；t为铰链厚度；l为槽长；b为槽宽；α_i为待定系数；为各组合单项；第七步，采用遗传算法进行求解，得到最优结果。