一种满足复合材料铺层准则的层合板优化设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107992657A(43)申请公布日2018.05.04(21)申请号201711180137.X(22)申请日2017.11.23(71)申请人江苏理工学院地址213001江苏省常州市中吴大道1801号(72)发明人周金宇臧杰张加波邱睿(74)专利代理机构常州佰业腾飞专利代理事务所(普通合伙)32231代理人付秀颖(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种满足复合材料铺层准则的层合板优化设计方法(57)摘要本发明通过以简单碳纤维汽车防撞梁为例，对模型满足复合材料铺层准则的要求，编写一套算法，用于迅速根据工矿要求，求得模型层合板的最优铺层方案。本发明与其他设计层合板的算法最主要的区别在于，采用了一种能够检测层合板铺层情况的算法，这种算法能够完美的满足各种工矿要求，即铺层占比满足情况、连续铺层情况等等，根据工矿要求设计，对于不满足要求的方案在遗传算法计算适应度值时扣去一定的数值，使得此个体在基于适应度选择的时候，被选择概率降低。本发明采用MATLAB遗传算法编程，通过以铺层角度为变量，以强度最大为优化目标，且考虑到复合材料铺层准则，进行层合板铺层角度顺序优化设计。CN107992657ACN107992657A权利要求书1/1页1.一种满足复合材料铺层准则的层合板优化设计方法，其特征在于，具体步骤如下：S1、创建初始种群：根据工矿要求，确定优化设计约束条件，设置最大进化代数MAXGEN，利用MATLAB软件构建离散二进制随机种群；S2、计算强度比R：采用蔡-吴张量理论强度比方程进行判断层合板失效，强度比R的定义为单层在施加应力作用下，极限应力的某一分量与其对应的施加应力分量之比；蔡-吴张量理论强度比方程公式如下：2222(Fxxσx+2Fxyσxσy+Fyyσy+Fssτxy)R+(Fxσx+Fyσy)R-1＝0(1)其中：Fxx、Fx、Fyy、Fy、Fss、Fxy均为强度参数，σx为纵向应力，σy为横向应力，τxy为剪切应力，R为强度比；S3、检测程序：检测层合板铺层方案是否满足复合材料铺层准则，即采用标准铺层，四个方向标准铺层需保证任一方向至少占10％的铺层比例；在整个铺层中，避免相同角度铺层连续铺设；S4、确定每层层合板适应度大小；根据检测情况，决定每层层合板适应度的大小，当满足设计复合材料铺层准则时，适应度大小即为强度比大小；当不满足设计复合材料铺层准则时，适应度大小应在强度比的基础上扣去一定的数值，根据工矿要求设计，对于不满足要求的方案在遗传算法计算适应度值时扣去一定的数值，使得此个体在基于适应度选择的时候，被选择概率降低；具体公式如下：其中n1为铺层中连续铺层超过2层的数目，n2为铺层中不满足铺层占比的数目；S5、选择、交叉操作：基于适应度大小对铺层种群进行选择算子、交叉算子的操作；S6、重组操作：重复步骤S2、S3、S4的操作，重新计算新的种群中的适应度，并基于适应度进行重组算子的操作；S7、迭代：重复步骤S5、S6的操作，至最大迭代次数MAXGEN。2.根据权利要求1所述的一种满足复合材料铺层准则的层合板优化设计方法，其特征在于，步骤S1中，设置种群规模为20，设置遗传选择概率0.8，设置进化代数计数器t＝0。3.根据权利要求1所述的一种满足复合材料铺层准则的层合板优化设计方法，其特征在于，步骤S3中，0°铺层在整个层合板占比中必须在20％～40％之间，±45°铺层的占比必须在40％～60％之间，90°铺层的占比必须在10％～30％之间。4.根据权利要求1所述的一种满足复合材料铺层准则的层合板优化设计方法，其特征在于，步骤S5中，选择算子的作用是将去除代表铺层方案较差的方案的个体，而交叉算子的作用是丰富种群类型，进行全局寻优，找到在约束条件下，最满足优化目标的最优铺层。2CN107992657A说明书1/4页一种满足复合材料铺层准则的层合板优化设计方法技术领域[0001]本发明涉及一种层合板优化设计方法，特别涉及一种应用于设计满足复合材料铺层准则的层合板优化设计方法背景技术[0002]随着时代的进步和科技的发展，复合材料结构在航空、航天、船舶、车辆、建筑工程结构等领域的应用日益广泛。当然，航空航天一直是先进复合材料的重要领域。随着复合材料设计和制造技术的进一步发展，在未来民用或军用航空器上复合材料将会得到更广泛的应用。[0003]复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均是刚和铝合金数倍，还具有优良的化学稳定性、耐磨性、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。[0004]碳