[发明专利]一种保证制造质量的变刚度复合材料结构优化设计方法

权利要求书

1.一种保证制造质量的变刚度复合材料结构优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在复合材料结构的设计域内定义一系列离散设计点p_i，并设定各设计点p_i处纤维角度θ_i的初始值，其中，i＝1,2,…,n，n为正整数；

2)将复合材料结构的设计域划分为N_e个正方形单元，计算各单元中心点x_e处的纤维角度θ_e；

3)建立依赖于纤维角度θ_e的单元刚度矩阵K^e(θ_e)，并计算得到整体位移向量U和单元位移向量u_e；

4)计算目标函数柔度值c、目标函数柔度值c对纤维角度θ_i的灵敏度值约束函数值g_e及约束函数值g_e对纤维角度θ_i的导数值

5)利用步骤4)计算得到的c、g_e、以及预设的θ_i上下界更新纤维角度θ_i；

6)重复步骤2)-5)直至满足优化终止条件，以此完成复合材料结构的优化设计；

步骤4)中约束函数值g_e采用如下公式计算：

其中，RI_xe为单元e中心点的矩形区域内所有单元中心点索引集合，θ_f为矩形区域内单元中心点的纤维角度，ε为极小正值。

2.如权利要求1所述的保证制造质量的变刚度复合材料结构优化设计方法，其特征在于，步骤2)中的纤维角度θ_e采用如下公式计算：

其中，权函数||x_e-p_i||为各单元中心点x_e到各设计点p_i的距离，I_xe为单元中心点x_e的圆形影响域内所有设计点索引集合。

3.如权利要求1所述的保证制造质量的变刚度复合材料结构优化设计方法，其特征在于，步骤4)中目标函数柔度值c采用如下公式计算：

c＝F^TU

其中，F为外力向量，U为整体位移向量。

4.如权利要求1所述的保证制造质量的变刚度复合材料结构优化设计方法，其特征在于，步骤4)中采用如下公式计算：

其中，u_e为单元e对应的单元位移向量，K^e(θ_e)为单元刚度矩阵。

5.如权利要求1-4任一项所述的保证制造质量的变刚度复合材料结构优化设计方法，其特征在于，步骤4)中约束函数值g_e对纤维角度θ_i的导数值采用如下公式计算：

其中，RI_xe为单元e中心点的矩形区域内所有单元中心点索引集合，θ_f为矩形区域内单元中心点的纤维角度。

6.如权利要求1所述的保证制造质量的变刚度复合材料结构优化设计方法，其特征在于，单元e中心点的矩形区域设置如下：该矩形区域以单元e中心点为中心点，其长边与单元e中心点处的纤维方向θ_e垂直，其短边的长度不超过单元的边长。

7.如权利要求4所述的保证制造质量的变刚度复合材料结构优化设计方法，其特征在于，采用如下公式计算：

其中，w_i(x_e)为权函数，I_xe为单元中心点x_e的圆形影响域内所有设计点索引集合。