[发明专利]一种应用于FRP防撞梁结构/材料的协同优化设计方法

权利要求书

1.一种应用于FRP防撞梁结构/材料的协同优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：采用B样条曲线构造防撞梁模型，通过改变其控制顶点坐标，来改变其结构参数，改变防撞梁外形结构，并通过改变复合材料各铺层选材以改变结构整体的材料参数；

步骤2：采用MATLAB创建关于结构参数与材料参数的随机初始种群；

步骤3：根据初始种群中的结构参数，完成有限元建模；

步骤4：根据初始种群中的材料参数，在ANSYS中对FRP防撞梁层合板进行铺层参数设定；

步骤5：对有限元模型施加约束与载荷后，进行有限元分析与计算，输出相应应力至txt文件；

步骤6：输入应力值到MATLAB中，使用经典层合板强度理论中蔡-吴张量理论，建立关于防撞梁结构的强度的关系，并得出强度比R；

步骤7：构建适应度函数，基于适应度对种群进行选择、交叉、变异、重组操作。

2.根据权利要求1所述的一种应用于FRP防撞梁结构/材料的协同优化设计方法，其特征在于，所述步骤1中，B样条曲线通过首尾点、以及两个控制顶点来进行调节。

3.根据权利要求1所述的一种应用于FRP防撞梁结构/材料的协同优化设计方法，其特征在于，所述步骤2中，采用二进制种群对防撞梁进行参数设置，分别用2位二进制表示防撞梁层合板每层铺层角度；用1位二进制表示防撞梁选用材料；用3位二进制表示结构参数x1；用5位二进制表示结构参数x2。

4.根据权利要求3所述的一种应用于FRP防撞梁结构/材料的协同优化设计方法，其特征在于，所述步骤2中，

用2位二进制表示防撞梁层合板每层铺层角度，采用0、1、2、3分别代表45°、0°、45°和90°铺层角度；

用1位二进制表示防撞梁选用材料，采用0、1分别代表采用芳纶纤维和玻璃纤维复合材料；

x1和x2分别代表B样条中的控制顶点坐标值。

5.根据权利要求4所述的一种应用于FRP防撞梁结构/材料的协同优化设计方法，其特征在于，所述步骤3中，采用B样条曲线构造防撞梁模型进行B样条曲线构造，包括如下步骤：

步骤11：结合防撞梁的几何尺寸确定B样条的首位点坐标0(0，0)，A(1000，100)，P1(0，x1)，P2(x2，100)；

步骤12：由步骤1中二进制种群输出x1、x2数值，构建B样条曲线，节点坐标值输出至txt文件；

步骤13：对于给定参数u轴上的一个分割U＝{u_i}(u_i≤u_i+1)，(i＝0,1,2,...,m)，由下列递推关系定义的N_i,p(u)称为U的p次(p+1阶)B样条基函数，即

规定

设P₀,P₁,...,P_n为给定空间的n+1个控制顶点，则B样条曲线为下式(2)所示：

U＝{u₀,u₁,...,u_m}是m+1个节点矢量。

6.根据权利要求1所述的一种应用于FRP防撞梁结构/材料的协同优化设计方法，其特征在于，所述步骤3中，根据初始种群中的结构参数，采用ANSYS拟合B样条曲线，构建有限元模型，ANSYS软件中通过txt文件输入B样条节点坐标，构建关键点，通过自带的bsplin命令进行样条曲线拟合，形成B样条，将防撞梁截面延B样条曲线进行扫略，完成有限元建模，施加约束及载荷，进行有限元分析与计算，输出相应单元应力至txt文件。