本申請(qǐng)屬于電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理，特別涉及一種基于準(zhǔn)則法針對(duì)層合板屈曲約束快速優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、隨著新型飛行器對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)輕量化和高強(qiáng)度的需求日益增長(zhǎng)，復(fù)合材料在飛行器中的使用比例增加，對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)承載要求也更加嚴(yán)峻。因復(fù)合材料強(qiáng)度和剛度可以剪裁設(shè)計(jì)，所以為了充分發(fā)揮復(fù)合材料加筋板的優(yōu)點(diǎn)，必須對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。由于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)屈曲穩(wěn)定性的分析方法復(fù)雜，在大型結(jié)構(gòu)有限元模型的多變量?jī)?yōu)化分析中難以直接考慮，主要以手動(dòng)校核調(diào)整為主，導(dǎo)致復(fù)合材料結(jié)構(gòu)屈曲設(shè)計(jì)無(wú)法與強(qiáng)度設(shè)計(jì)并行考慮，達(dá)不到最佳優(yōu)化結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于準(zhǔn)則法針對(duì)層合板屈曲約束快速優(yōu)化方法，包括：步驟s1：繪制所有樣本點(diǎn)不同的鋪層順序、不同的鋪層比例下臨界屈曲應(yīng)力與鋪層厚度的多個(gè)第一關(guān)系曲線；所述第一關(guān)系曲線還包括鋪層比例、鋪層順序與三個(gè)方向臨界應(yīng)力比例信息標(biāo)簽；

2、步驟s2：從多個(gè)第一關(guān)系曲線中挑選出與待優(yōu)化模型的三個(gè)方向的應(yīng)力水平比例信息相匹配的一條關(guān)系曲線，作為第三關(guān)系曲線；

3、步驟s3：基于第三關(guān)系曲線與目標(biāo)層壓板的剛度求解函數(shù)，擬合得到該鋪層順序和鋪層比例下，鋪層厚度與臨界屈曲應(yīng)變的第四關(guān)系曲線；

4、步驟s4：基于第四關(guān)系曲線，結(jié)合初始應(yīng)力水平分布規(guī)律，以鋪層厚度最小為優(yōu)化目標(biāo)，以臨界屈曲應(yīng)變?yōu)榧s束進(jìn)行優(yōu)化得到目標(biāo)層壓板。

5、優(yōu)選的是，在步驟s4優(yōu)化之前，將包絡(luò)所有第一關(guān)系曲線的邊界線作為第二關(guān)系曲線，將第二關(guān)系曲線中臨界屈曲應(yīng)力等于復(fù)合材料破壞強(qiáng)度臨界應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)待優(yōu)化模型中不需要進(jìn)行屈曲約束的優(yōu)化元素進(jìn)行剔除。

6、優(yōu)選的是，臨界屈曲應(yīng)力包括臨界壓縮屈曲應(yīng)力和臨界剪切屈曲應(yīng)力。

7、優(yōu)選的是，樣本點(diǎn)通過(guò)復(fù)合材料的鋪層比例、鋪層順序以及鋪層厚度的排列組合生成。

8、優(yōu)選的是，樣本點(diǎn)的臨界屈曲應(yīng)力計(jì)算方法包括：

9、步驟s11：按照經(jīng)典層合板理論分別求解所有樣本點(diǎn)的彎曲剛度矩陣參數(shù)，求解所有樣本點(diǎn)的屈曲系數(shù)；

10、步驟s12：根據(jù)所述彎曲剛度矩陣參數(shù)、屈曲系數(shù)計(jì)算所有樣本點(diǎn)的臨界屈曲應(yīng)力。

11、優(yōu)選的是，對(duì)待優(yōu)化模型中待優(yōu)化模型的優(yōu)化元素進(jìn)行剔除的具體步驟包括：

12、步驟s31：獲取第二關(guān)系曲線中臨界屈曲應(yīng)力等于復(fù)合材料破壞強(qiáng)度臨界應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的厚度t0與最小鋪層厚度對(duì)應(yīng)的臨界屈曲應(yīng)力；

13、步驟s32：解除待優(yōu)化模型中厚度大于t0、平均應(yīng)力低于的區(qū)域穩(wěn)定性約束限制。

14、優(yōu)選的是，共包括 n種不同的鋪層厚度，其中：

15、；

16、為層合板的最大鋪層厚度，為層合板的最小鋪層厚度，為等厚度差。

17、優(yōu)選的是，鋪向角包括四個(gè)，四個(gè)角度的鋪層比例排列組合總數(shù)量為 m， m=4×((1-4×umin)/△u)，umin為單個(gè)角度鋪層比例的下限值；△u為等比例差。

18、優(yōu)選的是，樣本點(diǎn)總數(shù)量為 z，z=n×m×k；k為鋪層順序的數(shù)量。

19、優(yōu)選的是，所述樣本點(diǎn)的臨界屈曲應(yīng)力計(jì)算方法還包括：根據(jù)樣本點(diǎn)邊界長(zhǎng)度、不同的邊界約束條件以及樣本點(diǎn)的彎曲剛度矩陣系數(shù)建立屈曲系數(shù)輸入輸出快速匹配模型，根據(jù)屈曲系數(shù)輸入輸出快速匹配模型計(jì)算出所有樣本點(diǎn)的臨界屈曲應(yīng)力。

20、本申請(qǐng)的優(yōu)點(diǎn)包括：本發(fā)明采用準(zhǔn)則法優(yōu)化設(shè)計(jì)理念，通過(guò)理論分析方法結(jié)合結(jié)構(gòu)的有限元模型分析，對(duì)不同設(shè)計(jì)參數(shù)層合板的屈曲應(yīng)力規(guī)律進(jìn)行評(píng)估，結(jié)合強(qiáng)度約束優(yōu)化流程實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料參數(shù)優(yōu)化。該方法考慮了復(fù)合材料層合板的屈曲穩(wěn)定性，采用準(zhǔn)則法的優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)快速設(shè)計(jì)，避免陷入強(qiáng)度與穩(wěn)定性分離設(shè)計(jì)的反復(fù)迭代，為復(fù)合材料鋪層比例和整體厚度設(shè)計(jì)提供了更有效的手段。

技術(shù)特征：

1.一種基于準(zhǔn)則法針對(duì)層合板屈曲約束快速優(yōu)化方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)則法針對(duì)層合板屈曲約束快速優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟s4優(yōu)化之前，將包絡(luò)所有第一關(guān)系曲線的邊界線作為第二關(guān)系曲線，將第二關(guān)系曲線中臨界屈曲應(yīng)力等于復(fù)合材料破壞強(qiáng)度臨界應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)待優(yōu)化模型中不需要進(jìn)行屈曲約束的優(yōu)化元素進(jìn)行剔除。

3.如權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)則法針對(duì)層合板屈曲約束快速優(yōu)化方法，其特征在于，臨界屈曲應(yīng)力包括臨界壓縮屈曲應(yīng)力和臨界剪切屈曲應(yīng)力。

4.如權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)則法針對(duì)層合板屈曲約束快速優(yōu)化方法，其特征在于，樣本點(diǎn)通過(guò)復(fù)合材料的鋪層比例、鋪層順序以及鋪層厚度的排列組合生成。

5.如權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)則法針對(duì)層合板屈曲約束快速優(yōu)化方法，其特征在于，樣本點(diǎn)的臨界屈曲應(yīng)力計(jì)算方法包括：

6.如權(quán)利要求2所述的基于準(zhǔn)則法針對(duì)層合板屈曲約束快速優(yōu)化方法，其特征在于，對(duì)待優(yōu)化模型中不需要進(jìn)行屈曲約束的優(yōu)化元素進(jìn)行剔除的具體步驟包括：

7.如權(quán)利要求4所述的基于準(zhǔn)則法針對(duì)層合板屈曲約束快速優(yōu)化方法，其特征在于，共包括n種不同的鋪層厚度，其中：

8.如權(quán)利要求7所述的基于準(zhǔn)則法針對(duì)層合板屈曲約束快速優(yōu)化方法，其特征在于，鋪向角包括四個(gè)，四個(gè)角度的鋪層比例排列組合總數(shù)量為m，m=4×((1-4×umin)/△u)，umin為單個(gè)角度鋪層比例的下限值；△u為等比例差。

9.如權(quán)利要求7所述的基于準(zhǔn)則法針對(duì)層合板屈曲約束快速優(yōu)化方法，其特征在于，樣本點(diǎn)總數(shù)量為z，z=n×m×k；k為鋪層順序的數(shù)量。

10.如權(quán)利要求5所述的基于準(zhǔn)則法針對(duì)層合板屈曲約束快速優(yōu)化方法，其特征在于，所述樣本點(diǎn)的臨界屈曲應(yīng)力計(jì)算方法還包括：根據(jù)樣本點(diǎn)邊界長(zhǎng)度、不同的邊界約束條件以及樣本點(diǎn)的彎曲剛度矩陣系數(shù)建立屈曲系數(shù)輸入輸出快速匹配模型，根據(jù)屈曲系數(shù)輸入輸出快速匹配模型計(jì)算出所有樣本點(diǎn)的臨界屈曲應(yīng)力。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種基于準(zhǔn)則法針對(duì)層合板屈曲約束快速優(yōu)化方法，包括：繪制所有樣本點(diǎn)不同的鋪層順序、不同的鋪層比例下臨界屈曲應(yīng)力與鋪層厚度的多個(gè)第一關(guān)系曲線；所述第一關(guān)系曲線還包括鋪層比例、鋪層順序與三個(gè)方向臨界應(yīng)力比例信息標(biāo)簽；從多個(gè)第一關(guān)系曲線中挑選出與待優(yōu)化模型的三個(gè)方向的應(yīng)力水平比例信息相匹配的一條關(guān)系曲線，作為第三關(guān)系曲線；基于第三關(guān)系曲線與目標(biāo)層壓板的剛度求解函數(shù)，擬合得到該鋪層順序和鋪層比例下，鋪層厚度與臨界屈曲應(yīng)變的第四關(guān)系曲線；基于第四關(guān)系曲線，結(jié)合初始應(yīng)力水平分布規(guī)律，以鋪層厚度最小為優(yōu)化目標(biāo)，以臨界屈曲應(yīng)變?yōu)榧s束進(jìn)行優(yōu)化得到目標(biāo)層壓板。

技術(shù)研發(fā)人員：朱家文,王彬文,唐晨,聶小華,羅利龍,盧杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19