[发明专利]一种应用于单层板铺层角度的优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及层合板的铺层角度优化设计方法技术领域，特别涉及一种应用于单层板的铺层角度优化设计方法。

背景技术

为了减缓因二氧化碳排放而导致的全球变暖趋势，解决石油、天然气等的能源危机，减少因汽车排放的尾气而产生的环境污染问题，汽车轻量化用以提高汽车性能，节能减排的研究已经成为当今世界的主流研究命题。复合材料以其质量轻、强度高的特点，在汽车轻量化的进程中起到了重要作用，主要应用于车顶板、车顶外延板、侧裙板、翼子板、机舱盖板、保险杠、仪表板和内饰板等。而碳纤维复合材料(CFRP)因为其较普通的复合材料，具有绝佳的韧性和抗拉强度，在汽车行业尤其得到广泛应用和研究。工程中，通常采用的标准铺层纤维角度为-45°，0°，45°，90°，而现在生产技术的提高，制造非特殊角度的层合板也并不是问题，但是，解决不同铺层角度的单层板如何能够实现性能最优成为目前亟待解决的技术问题。

对碳纤维复合材料的铺层顺序等的优化，传统的最速下降法、拟牛顿法、共轭梯度法、牛顿法、罚函数法、二次规划法等方法，无法进行不连续、不可微的复杂优化问题，所以，遗传算法是求解这一类非线性、复杂优化的最佳方法。遗传算法优化是现有的铺层角度顺序优化的一种方法，优化的自变量是结构的铺层角度的改变，优化的目标函数是结构的强度比，然后通过遗传算法的数据传递，得到最优的铺层角度顺序。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供一种应用于单层板铺层角度的优化设计方法，能够解决目前铺层角度顺序优化的收敛速度慢、计算过程复杂，以及存在的建模复杂的问题。

一种应用于单层板铺层角度的优化设计方法，运用计算机辅助，通过MATLAB与ANSYS的反复传递数据，计算得到最优化的层合板铺层角度顺序，其具体过程是：

步骤(1)，运用MATLAB遗传算法编程，利用crtbp函数创建一个种群大小为N的离散二进制种群，后面用于表示层合板铺层角度i；

步骤(2)，MATLAB编程运算，产生关于层合板铺层角度i的种群，i的范围是0°-90°，精度为0.001°；

步骤(3)，ANSYS调用MATLAB产生的铺层角度，得到关于层合板的节点应力数值，返回到txt文件中；

步骤(4)，MATLAB再次调用ANSYS处理结果，从而求得目标函数的值大小；

步骤(5)，通过遗传算法反复迭代，求得其铺层角度顺序变化，及适应度的变化。

进一步地，步骤(5)具体是：

5.1，分配适应度值；

5.2，遗传算法运算，对种群进行选择、交叉、变异、重组的操作，从而得到新的种群，即层合板新的铺层角度i顺序；

5.2.1，选择：基于适应度与所给定的遗传代沟P1，从旧的种群中选择N*P1个个体组成新的种群；

5.2.2，交叉，基于适应度与所给定的交叉概率P2，从新的种群中选取一段个体与下一段个体进行交换，得到新的种群；

5.2.3，变异，基于适应度与所给定的变异概率P3，从5.2.2所得新的种群中随机选择一段进行突变，产生新的种群；

5.2.4，重组，基于适应度值，将5.2.3中产生的新的种群再次恢复到种群大小为N的新的种群，有利于多次迭代得到最优铺层角度；

5.3，ANSYS再次调用MATLAB产生数据，后台处理，得到节点应力数值，返回到txt文件中；

5.4，处理结果返回MATLAB，再次求得新的目标函数的数值；

5.6，重复步骤5.1，5.2，5.3，5.4至最大遗传代数gen＝MAXGEN。

进一步地，所述步骤(4)中目标函数的求解方法，蔡-吴张量理论的强度比方程为：

(F_xxσ²_x+2F_xyσ_xσ_y+F_yyσ²_y+F_ssτ²_xy)R²+(F_xσ_x+F_yσ_y)R-1＝0(1)