[发明专利]一种确定层合板复合材料的铺层角方向与厚度的方法有效
申请号: | 201210545856.8 | 申请日: | 2012-12-15 |
公开(公告)号: | CN103034766A | 公开(公告)日: | 2013-04-10 |
发明(设计)人: | 邱志平;李琦;王晓军;吕峥;王睿星 | 申请(专利权)人: | 北京航空航天大学 |
主分类号: | G06F17/50 | 分类号: | G06F17/50 |
代理公司: | 北京科迪生专利代理有限责任公司 11251 | 代理人: | 成金玉 |
地址: | 100191*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 确定 合板 复合材料 铺层角 方向 厚度 方法 | ||
1.一种确定层合板复合材料的铺层角方向与厚度的方法,其特征在于实现步骤如下:
(1)以层合板复合材料的铺层角方向与厚度为设计变量,以层合板复合材料的质量最小或者屈曲临界载荷最大为设计目标f(xC1,xC2...,xCd,xD1,xD2...,xDs),以层合板复合材料的许用应力以及规定位置的位移为约束条件gj(xC1,xC2...,xCd,xD1,xD2...,xDs),j为约束编号,p代表约束的个数,建立层合板复合材料设计的优化列式:
其中xC1,xC2...,xCd为连续变量,代表层合板复合材料的单层厚度,d为连续变量的个数;xD1,xD2...,xDs为离散变量,代表层合板复合材料的铺层角方向,s为离散变量的个数;aDi代表铺层角方向选取规格,MDi为xDi可以选用的最大铺层角方向选取规格的倍数;为连续设计变量的下界与上界;{qaDi},q=0,1...,MDi为包含xDi可选取的铺层角方向离散集合;
然后采用连续变量xd1,xd2...,xds对上述的优化列式中的离散变量xD1,xD2...,xDs进行替换;同时在优化列式中引入离散变量约束ai为在gp+1中使xdi的最终优化结果满足离散变量条件的调整系数,ai=2π/aDi,ε为预先设定的小值;最终形成层合板复合材料的连续变量设计列式:
接着在所述设计变量的上下界围成的变量空间内生成N个粒子,每个粒子中包含粒子的位置xi和速度vi两个状态向量,i代表粒子的编号;粒子的位置xi=(xi,C1,xi,C2...,xi,Cd,xi,d1,xi,d2...,xi,ds)是一个设计变量组成的向量,粒子的位置均为潜在最优设计,即每个粒子的位置均为一个设计方案;每个粒子速度向量vi=(vi,C1,vi,C2...,vi,Cd,vi,d1,vi,d2...,vi,ds)表示下次更新时位置变化的大小;部分粒子位置在变量空间主对角线上均匀生成,其它粒子的位置在变量空间内随机生成,所有粒子的速度都随机生成;
最后以所述设计目标和约束条件,对于以上产生的N个粒子的原始设计方案x′i(0),分别采用数学规划设计方法进行不超过n0次的优化设计,并将得到的设计方案xi(0)作为粒子群的初始设计方案;
(2)采用有限元法或者解析法对层合板复合材料进行力学分析,求出层合板复合材料的各个铺层的应力以及规定位置的位移;按照以上力学分析结果,计算层合板复合材料的设计目标总重量或者最大临界屈曲载荷以及约束条件的函数值;然后计算各个粒子目标函数值
(3)在进化过程中选取gbest1,d(k)和gbest2,d(k)的中值作为名义最优设计方案,再利用当前粒子的位置xi(k)与速度vi(k),采用粒子群设计方法对N个粒子的位置与速度进行进化得到粒子的新位置x′i(k+1)与新速度vi(k+1);最后根据进化后的粒子在标准空间内的距离
(4)采用有限元法或者解析法对N个粒子的新位置所代表的层合板复合材料设计方案进行力学分析,求出层合板复合材料的各个铺层的应力以及规定位置的位移,计算层合板复合材料的设计目标;然后计算由步骤(3)最终得到N个粒子新的目标函数值L(xi),此目标函数值与步骤(2)相同;比较N个粒子的新目标函数值与记录的个体最优设计方案的目标函数值,如果第i个粒子新的目标函数值优于第i个粒子个体最优设计方案的目标函数值,则将第i个粒子此时的位置记录为新的个体最优设计方案pbesti(k+1);最后将N个粒子按照目标函数值从小到大进行排序,选出前两个最小值;比较目标函数值与全局最优设计方案以及全局次优设计方案的目标函数值的关系,如果更小就进行替换,将目标值更小的粒子的位置作为新的全局最优设计方案gbest1(k+1)或次全局最优设计方案gbest2(k+1);
(5)如果全局最优设计方案与全局次优设计方案的目标函数值相当接近,终止计算,进行步骤(6),否则将已经完成迭代次数的值增加一,返回步骤(3);
(6)将得到的全局最优设计方案的变量中代表层合板复合材料的铺层角方向的变量值圆整到规定的铺层角的规格,将全局最优设计方案中的铺层厚度与圆整后的铺层方向作为最终的层合板复合材料的设计方案,从而得到最终的层合板复合材料的铺层角方向与厚度。
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