選擇45°鋪層5 按照步驟4. 2插入得[0/0/0/0/姐/45/90]s，此時(shí)各鋪向角的剩余鋪層數(shù)為（n。，n45, n9Q)s = (6, 2, I) s，帶有下劃線的位置為插入的鋪層。此時(shí)該鋪層序滿足約束C2和C3。返回步 驟4.1，繼續(xù)插入后續(xù)鋪層。
[0116] 如果剩余鋪層中數(shù)量最多的鋪向角鋪層因違反工程約束C2和C3無(wú)法插入，且 其它鋪向角無(wú)剩余鋪層的時(shí)候，則需要添加能夠滿足約束的鋪向角鋪層，且添層最少。如 本實(shí)施例中已插入的鋪層序?yàn)椋篬0/0/0/0/45/0/0/0/0/45/90] s，各鋪向角剩余鋪層數(shù)為 (nQ，n45，nJs= (2,0,0) 3，此時(shí)在鋪層序中的任意一個(gè)位置插入0°層都將違反工程約束C2 或C3,且已無(wú)其他剩余鋪層，因此需要添加45°鋪層5,且一次添加2個(gè)45°鋪層，以保證 該45°鋪層5的層數(shù)為偶數(shù)：(n。，n 45, n9Q)s= (2, 2, 0) s。然后，在鋪層序中按照步驟4. 2插 入添加的45°鋪層[0/0/0/0/45/0/0/0/0/姐/45/90] s，各鋪向角剩余鋪層數(shù)為（n。，n45, n9。） =(2, 1，0)。此時(shí)鋪層序滿足約束C2或C3。返回步驟4.1，繼續(xù)插入后續(xù)鋪層。
[0117] 本實(shí)施例中，鋪層插入的具體步驟如下表3所示，其中帶有下劃線"_"的位置為插 入的鋪層。
[0118] 表3鋪層插入操作過(guò)程
[0119]
[0121] 步驟5,置換鋪層：由于層合板中僅含有三種鋪向角0°、45°和90°，為滿足均衡 性要求，從層合板的上表面向中面將層合板中二分之一的45°鋪層置換為-45°鋪層4。
[0122] 本實(shí)施例中，通過(guò)步驟4獲得的鋪層序?yàn)閇0/0/0/0/45/0/0/0/0/45/0/0/45/45/9 0/90] s，經(jīng)過(guò)置換操作得到的層合板鋪層序?yàn)閇0/0/0/0/-45/0/0/0/0/-45/0/0/45/45/90/ 90] s，該鋪層序滿足了均衡性要求。
[0123] 步驟6,對(duì)冗余鋪層進(jìn)行刪除。根據(jù)約束Cl對(duì)層合板中可能的冗余鋪層進(jìn)行刪除 操作獲得最輕鋪層結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，優(yōu)化前各彎曲剛度參數(shù)值為=D i11 = 493. 9600Mpa，D、 =17. 1166Mpa，D*22= 53. 6894Mpa，D *66= 26. 6897Mpa。通過(guò)步驟 1 到步驟 5 后獲得的鋪 層序?yàn)閇0/0/0/0/-45/0/0/0-45/0/0/45/45/90/90]s，其彎曲剛度參數(shù) D11= 621. 4634Mpa， D12= 41. 5064Mpa，D 22= 94. 5370Mpa，D 66= 54. 6517Mpa。分以下兩步操作：
[0124] 第一步，根據(jù)優(yōu)化模型（1)中的公式檢驗(yàn)約束Cl :
[0125]
[0126] 滿足約束Cl。
[0127] 第二步，進(jìn)行鋪層刪除檢測(cè)及刪除操作：層合板的鋪層中面向上表面逐層檢測(cè)每 一個(gè)鋪層是否可以刪除，如果刪除當(dāng)前鋪層不違反任何優(yōu)化模型（1)中的工程約束，將該 鋪層刪除；如果刪除當(dāng)前鋪層違反任一優(yōu)化模型（1)中的工程約束，跳過(guò)該鋪層位置。
[0128] 本實(shí)施例的具體刪除鋪層過(guò)程如下表4所示，其中具有波浪下劃線" 的位置表 示待刪除的冗余鋪層。
[0129] 表4刪除鋪層操作過(guò)程
[0130]
[0131] 由表3可見(jiàn)，第6次刪層后，再刪除任何一個(gè)更靠近層合板外表面的0°層都將違 反約束Cl ;第7次刪層后，再刪除任何一個(gè)更靠近層合板外表面的-45°層都將違反約束 C2和均衡約束。因此刪層操作結(jié)束。至此，得到最終的層合板優(yōu)化鋪層序如下：[0/0/0/0/ -45/0/0/0/0/-45/0/45/45/90/90]s，各角鋪層鋪層數(shù)（η。，η45, η 45, n9。）= (9, 2, 2, 2)，層合 板的總層數(shù)為η = 2 (nQ+n45+n 45+n9。）= 30層，其彎曲剛度參數(shù)為D11 = 511. 8476Mpa、D 12= 34. 2036Mpa、D22= 78. 1119Mpa、D 66= 45. 0349Mpa。
[0132] 為驗(yàn)證本實(shí)施例效果，對(duì)所提出的優(yōu)化模型（1)進(jìn)行驗(yàn)算：輸入的連續(xù)變量各彎 曲剛度參數(shù) D*n= 493. 9600Mpa、D*12= 17. 1166Mpa、D*22= 53. 6894Mpa、D*66= 26. 6897Mpa。 根據(jù)層合板優(yōu)化鋪層序計(jì)算優(yōu)化模型（I)目標(biāo)A= 2. 2297kg，f 2e= 0. 0113 ;
[0133] 檢驗(yàn)約束Cl:
[0134]
[0135] 得到Cl約束得到滿足。
[0136] 檢驗(yàn)工程約束C2~C4均滿足。
[0137] 計(jì)算質(zhì)量增量：m* = I. 9865kg，m = 2. 2297kg ;質(zhì)量增量Λ m = m_m* = 0· 2431kg， 質(zhì)量增大百分比為Λ m/m* = 12. 24%。
[0138] 通過(guò)以上驗(yàn)證計(jì)算得到了優(yōu)化模型（1)所描述的優(yōu)化問(wèn)題的最優(yōu)鋪層序?yàn)椋?br>[0139] [0/0/0/0/-45/0/0/0/0/-45/0/45/45/90/90] s。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種等厚度復(fù)合材料層板的順序優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，具體過(guò)程是： 步驟1，各鋪向角厚度的離散化； 步驟2,檢查層合板的總層數(shù)是否滿足工程約束C4 :所述工程約束C4在各鋪向角鋪層 所占比例^ 10% ; 步驟3,構(gòu)造基本鋪層結(jié)構(gòu)：具體是： 第一步，將-45°與45°的鋪層數(shù)相加并賦值給n45，即n45+n 45- n 45; 第二步，構(gòu)造滿足工程約束C2和C3的最簡(jiǎn)基本鋪層結(jié)構(gòu)，基本鋪層結(jié)構(gòu)是在前 一步操作后的結(jié)果基礎(chǔ)上，按初始給定的角鋪層順序在每個(gè)角鋪層中各取一層構(gòu)成，即 (n〇, n45, Hg0) 一 (1,1,1); 第三步，在各角鋪層的鋪層數(shù)〇1。，1145，119。）中減去最簡(jiǎn)基本鋪層結(jié)構(gòu)的層數(shù)，得到各角 鋪層的剩余鋪層數(shù)； 步驟4,插入鋪層：具體是： 4. 1，選擇剩余角鋪層中數(shù)量最多的鋪層，在鋪層結(jié)構(gòu)中由上表面至中面做試插入； 4. 2,試插入篩選，在已有鋪層序中的每一個(gè)位置插入某一鋪向角鋪層：如果所有位置 因違反工程約束C2和工程約束C3均無(wú)法插入均無(wú)法插入則轉(zhuǎn)步驟4. 3 ;若可以插入，通過(guò) 計(jì)算優(yōu)化模型（1)中的目標(biāo)函數(shù)f2e，得到每一個(gè)試驗(yàn)插入位置的目標(biāo)函數(shù)f2e，保留使目標(biāo) 函數(shù)4最小的鋪層序； 重復(fù)步驟4. 1與4. 2所述插入鋪層過(guò)程，直到所有剩余鋪層被插入完畢； 4. 3,插入鋪層過(guò)程中，必須同時(shí)滿足優(yōu)化模型（1)中的工程約束C2和工程約束C3;如 果剩余鋪層中數(shù)量最多的鋪向角鋪層因違反約束C2或C3無(wú)法插入時(shí)，則選擇剩余鋪層數(shù) 最多鋪向角以外的其它鋪向角中能夠滿足約束C2和C3的鋪層插入；此時(shí)該鋪層序滿足約 束C2和C3 ;返回步驟4. 1，繼續(xù)插入后續(xù)鋪層； 如果剩余鋪層中數(shù)量最多的鋪向角鋪層因違反工程約束C2和C3無(wú)法插入，且其它鋪 向角無(wú)剩余鋪層時(shí)，則需要添加能夠滿足約束的鋪向角鋪層，且添層最少；此時(shí)鋪層序滿足 約束C2或C3 ;返回步驟4. 1，繼續(xù)插入后續(xù)鋪層； 步驟5,置換鋪層：由于層合板中僅含有三種鋪向角0°、45°和90°，為滿足均衡性要 求，從層合板的上表面向中面將層合板中二分之一的45°鋪層置換為-45°鋪層； 步驟6,對(duì)冗余鋪層進(jìn)行刪除：根據(jù)約束Cl對(duì)層合板中的冗余鋪層進(jìn)行刪除操作獲得 最輕鋪層結(jié)構(gòu)：具體是： 第一步，根據(jù)優(yōu)化模型中的公式檢驗(yàn)約束Cl : 第二步，如果滿足約束C1，進(jìn)行鋪層刪除檢測(cè)及刪除操作：按照從層合板的鋪層中面 向上表面逐層檢測(cè)每一個(gè)鋪層是否可以刪除，如果刪除當(dāng)前鋪層不違反任何優(yōu)化模型中的 工程約束，將該鋪層刪除；如果刪除當(dāng)前鋪層違反任一優(yōu)化模型中的工程約束，跳過(guò)該鋪層 位置。2. 如權(quán)利要求1所述等厚度復(fù)合材料層板的順序優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述各 鋪向角厚度連續(xù)變量的離散化是對(duì)各鋪向角的厚度按照四舍五入的原則進(jìn)行圓整，使各鋪 向角的厚度 45和r 9。分別為單層厚度t的整倍數(shù)，按常規(guī)的碳纖維的單片制作厚度 取，得到各鋪向角層數(shù)ne;所述n e=re/t，其中0 =0°、45°、-45°或90°。3. 如權(quán)利要求1所述等厚度復(fù)合材料層板的順序優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在檢測(cè) 層合板的總層數(shù)是否滿足工程約束C4時(shí)，按Ri=ni/(nQ+n45+n45+n9。）計(jì)算，其中i= 0°、45。、-45。和90° ; 若檢測(cè)結(jié)果R1滿足工程約束C4,繼續(xù)步驟3 ; 若檢測(cè)結(jié)果民不滿足工程約束C4,則增加ni的鋪層數(shù)使該鋪向角的層數(shù)剛滿足工程 約束C4為準(zhǔn)，每次增加一個(gè)鋪層，即叫+1 -Ii1，其中"一"表示賦值運(yùn)算；加入一層后繼續(xù) 檢測(cè)是否滿足R1S10%的要求：如果不滿足繼續(xù)增加鋪層直至滿足；如滿足則鋪層添加完 畢。4.如權(quán)利要求1所述等厚度復(fù)合材料層板的順序優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述工 程約束C2是各鋪向角的連續(xù)鋪層數(shù)不大于4 ;所述工程約束C3是相鄰鋪層鋪向角改變不 超過(guò)45° ;所述工程約束C4是各鋪向角鋪層所占比例多10%。
【專利摘要】一種等厚度復(fù)合材料層板的順序優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在鋪層序的設(shè)計(jì)中考慮了復(fù)合材料力學(xué)模型對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響，并構(gòu)建起一套簡(jiǎn)單高效的鋪層設(shè)計(jì)策略，不僅能夠優(yōu)化層合板的彎曲剛度參數(shù)，同時(shí)能夠很好的處理各個(gè)工程約束。本發(fā)明提出的層合板優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可使工程設(shè)計(jì)人員從繁瑣的層合板鋪層序?qū)?yōu)問(wèn)題中解脫出來(lái)，能夠迅速確定滿足彎曲性能和工程約束的最優(yōu)層合板鋪層序。
【IPC分類】G06F17/50
【公開(kāi)號(hào)】CN105005672
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510471862
【發(fā)明人】景釗, 孫秦
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年8月4日