一种等厚度复合材料层合板的设计方法

摘要

一种等厚度复合材料层合板的设计方法，通过优化模型建立优化目标，根据第一阶段性能优化中设置的初始层组顺序构造一个满足工程约束的基本铺层结构，并参照第一阶段设置的初始铺层层组顺序，依次按照使D₁₁,D₂₂,D₁₂,D₆₆最大的原则，根据基本铺层结构进行添层，向基本铺层结构中添加各个铺向角的铺层，取得基本满足工程约束的层合板铺层顺序。对铺设好后的铺层进行删层处理，并检测经过删层处理的层合板是否满足优化模型的性能约束，得到层合板优化铺层顺序。本发明通过一种理论的设计方法使得设计人员从繁琐的层合板铺层顺序寻优问题中解脱出来，使设计人员能够迅速找到层合板铺层顺序的最优解。

主权项

一种等厚度复合材料层合板的设计方法，其特征在于，具体过程是：步骤1：对铺层进行原准；步骤2：检测层合板中各铺向角层组在层合板中所占比例是否满足优化模型(6)中的工程约束(4)；所述的优化模型(6)中的优化目标即约束设置如下：min:f₁＝ρtnmax:$f_2=\frac{D_{11}-D_{11}^{*}}{D_{11}}+\frac{D_{22}-D_{22}^{*}}{D_{22}}+\frac{D_{12}-D_{12}^{*}}{D_{12}}+\frac{D_{66}-D_{66}^{*}}{D_{66}},$St:性能约束$\left(1\right)\frac{D_{\mathrm{ij}}-D_{\mathrm{ij}}^{*}}{D_{\mathrm{ij}}}>-0.1,(i,j=\mathrm{1,2},6);$所述优化模型中，min表示最小化目标函数f₁，max表示最大化目标函数f₂，St表示优化目标的约束；其中，第一个目标f₁是保证单位面积质量最小，使层合板总质量最小；第一个目标f₁中，ρ为复合材料密度，t为层合板单层厚度，n为铺层的总层数；第二个目标f₂是为了保证第一阶段的性能要求得到满足；步骤3：根据第一阶段性能优化中设置的初始层组顺序构造一个满足工程约束的基本铺层结构；按照第一阶段性能优化中设置的初始层组顺序，构造一个含有各铺向角铺层且层数最少，并满足工程约束的基本铺层结构；所述第一阶段是指采用有限元软件对结构进行建模并使用数值优化方法进行优化设计，所获得的复合材料层合板的各铺向角层组厚度为连续变量；步骤4：参照第一阶段设置的初始铺层层组顺序，依次按照使D₁₁,D₂₂,D₁₂,D₆₆最大的原则，向基本铺层结构中添加各个铺向角的铺层；在不违反工程约束中第二约束(2)至第三约束(3)的情况下从层合板的对称均衡层合板的铺层上表面向对称均衡层合板的铺层中面添加，以达到最快增大目标函数f₂中各个分量(D_ij‑D_ij^*)/D_ij的要求；添加过程中，必须满足工程约束中第二约束(2)至第三约束(3)，如果某种铺向角的层组铺层数无法满足工程约束要求，则需要增加与所述某种铺向角对应的铺向角铺层；步骤5：对铺设好后的铺层进行删层处理；按照从层合板对称均衡层合板的铺层中面向对称均衡层合板的铺层上表面逐层检测每一个铺层是否可以删除，如果删除当前铺层不违反任何约束，那么将该铺层删除；如果删除当前铺层违反约束，那么跳过该铺层位置；铺层检测完毕时，获得质量最轻且满足所有约束的最优铺层顺序；至此，得到最终的层合板优化铺层顺序。