[发明专利]一种考虑复合材料结构参数连续性的优化方法

说明书

本发明属于飞机结构设计领域，具体为一种考虑复合材料结构参数连续性的优化方法。包括如下步骤：初始结构分析、参数分区、选定基础区、建立其他参数分区与基础区的比率关系、建立比率约束条件、优化设计、导出优化结果。实现复合材料铺层结构参数优化的同时，兼顾了铺层设计的连续性，优化设计结果仅需少量的修正，可以直接应用于工程结构详细设计。该方法操作性强，适应于各类优化分析程序，计算效率高，消耗资源少。

技术领域

本发明属于飞机结构设计领域，具体为一种考虑复合材料结构参数连续性的优化方法。

背景技术

金属结构优化设计仅需要获取各优化设计分区的参数分布即可，但对于复合材料结构，为了兼顾铺层的工艺性，各优化设计分区间的参数必须具有的连续性。

传统使用古典优化设计算法(如规划类算法等)进行优化设计时，仅能将复合材料各分区的铺层厚度作为优化设计参数，而各分区间的铺层往往很难连续，由此带来的结果是需要对优化设计结果进行修正，很多时候，对优化设计的修正会带来重量的回弹，减弱优化减重的收益。如图1所示为A区和B区的优化设计结果，其中A区铺层为厚区向B区进行厚度过渡，如果双向进行厚度过渡，会造成过渡区型面的扭曲，工艺性和传力特性都比较差，为了改善这种情况，需按图2所示进行结果修正(即补回A区中的-45°铺层)，这种修正使得A区重量增加，抵消了优化设计取得的效果。

尽管遗传算法等进化类优化算法可以在基因组码时兼顾铺层的连续性，但对于大中型飞机的结构，优化设计参数多，如果要获得优化设计结果，需要消耗大量的计算资源，需要数台并行计算机经过数天的计算迭代才能获得优化设计结果。进化类优化算法可以作为技术储备研究，但离工程实际应用还需要提升计算效率。

发明内容

结合工程设计经验，利用传统的规划类优化算法，实现兼顾铺层连续性的复合材料结构参数优化设计，提高优化效率，对优化分析结果进行尽量少的修正，即可适用于工程结构的详细设计。

技术方案

工程结构参数优化设计在铺层传力路径确定后开展，按照初始的载荷分布和结构应力/应变分布水平，确定出零件的优化设计分区，对于蒙皮或粱腹板类以二维单元为主的零件。

提取各铺层分区中各铺向角的铺层厚度。取零件上的厚区或薄区作为基础分区，其各铺向角的铺层厚度作为基础参数，构建基础分区各铺向角铺层厚度与相邻分区同一铺向角的铺层厚度间的比率关系：R1、R2、……、Rn。

根据结构的受力特点以及复合材料结构设计要求中对相邻厚度区厚度变化的限制要求，对每一比率给定一个取值区间，并作为优化约束条件的一部分引入到优化设计模型中，提交优化计算。

根据计算结果，适当调整厚度比率的取值区间，最终得到复合材料结构各铺向角的铺层厚度最优值，同时保证薄区的某一铺向角的铺层厚度能够被涵盖在厚区内，使铺层在相邻分区间连续。优化设计流程如图3所示。

本技术方法不依赖于优化设计的软件、算法，可保证优化结果中，复合材料各铺层在相邻分区间的连续性。将复合材料相邻铺层分区厚度变化转换为铺层分区间厚度比率，将厚度比率作为优化约束条件之一代入到优化模型中，使厚区中某一铺层角的厚度大于或等于薄区中同一铺层角的厚度，把对复合材料铺层的形状优化转换成数值优化。

所述的零件，为蒙皮或粱腹板类以二维单元为主

技术效果

1.实现复合材料铺层结构参数优化的同时，兼顾了铺层设计的连续性，优化设计结果仅需少量的修正，可以直接应用于工程结构详细设计。

2.该方法操作性强，适应于各类优化分析程序，计算效率高，消耗资源少。

附图说明

图1是铺层优化设计结果图

图2是优化设计结果的修正图