一种基于随机正态分布的复合材料层压板铺层优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于随机正态分布的复合材料层压板铺层优化方法，涉及机械技术领域。所述基于随机正态分布的复合材料层压板铺层优化方法包含以下步骤，步骤一：根据各个铺层角度的比例要求，确定基本铺层序列；步骤二：对每一种铺层序列进行数字编码，然后采用正态分布函数对基本铺层序列进行随机变换和译码，得到下一轮迭代的新铺层序列；步骤三：依据目标函数公式确定基本铺层序列最优解；步骤四：比较基本铺层序列的最优解，选取最大值作为最优铺层。本发明专利技术的有益效果在于：利用随机正态分布函数重构基本铺层序列，可以获得复合材料层压板凸缘的最佳轴压承载能力，降低结构重量比率，置信度高、收敛迅速。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设计机械
，具体涉及一种基于随机正态分布的复合材料层压板铺 层优化方法。
技术介绍
作为直升机的基本结构形式，复合材料层压板通过适当的铺层设计，可以提高其 承载能力。复合材料凸缘结构可以当作一长边自由、另一长边简支的长层压板处理。在实 际应用中，关于层压板铺层方式的选择，要考虑铺层角、铺层比例、铺层顺序等诸因素。从工 艺条件的限制和简化设计的角度考虑，铺设角度通常在η/4角度范围内选择。因此，复合 材料层压板的铺层优化设计的设计变量为铺层顺序，属于离散变量的优化问题，涉及离散 设计变量多、约束条件多且复杂、存在多个极值点等难点，用传统的数学规划方法求解非常 困难。目前，在复合材料层压板铺层优化方面，应用较广的是以遗传算法为代表的进化算法 和神经网络等现代智能优化算法。遗传算法和神经网络方法适用性和通用性比数学规划法 强，但是计算量却非常大，收敛慢，计算效率相对比较低。
技术实现思路
本专利技术提供，以解决或至 少减轻
技术介绍
中所存在的计算量大、收敛慢的问题。 本专利技术所采用的技术方案是：提供一种基于随机正态分布的复合材料层压 板铺层优化方法，包含以下步骤：步骤一：根据各个铺层角度的比例要求，确定基本铺 层序列；步骤二：对每一种铺层序列进行数字编码，然后采用正态分布函数对基本铺层 序列进行随机变换和译码，得到下一轮迭代的新铺层序列；步骤三：依据目标函数公式确定基本铺层序列最优解；其中，f(x)为 目标函数，即复合材料层压板的轴压承载能力，为轴压压损载荷、N"为屈曲载荷、 极限压缩载荷，g_j(X)，j= 1，2,…m，为约束函数，Xe{RN丨Xρχ2，…，χη，铺层角度构成 的向量};步骤四：比较基本铺层序列的最优解，选取最大值作为最优铺层。 优选地，所述步骤一纵的各个铺层角度的比例要求为，0°、45°、-45°、90°四种 铺层中的每一种铺层比例至少要占10%，其中0°铺层介于25%-40%之间，±45°铺层介 于40%-70%之间，90°铺层介于10% -25%之间。优选地，在优化设计中，首先根据各个铺层角度的比例要求，得到0°、 45°、-45°、90°铺层的铺层数目和组合情况，在铺层组合确定以后，进行基本铺层序列的 设置；当铺层数为偶数时，按照±45°、0°和90°自外向内铺设；当铺层数为奇数层时，按 照±45°、0°和90°自外向内铺设，铺层数为奇数的铺层角度放在中间层。优选地，所述步骤二中应满足：采用0°、45°、-45°、90°的标准铺层；避免使用 同一方向的铺层组；对于0°、±45°的铺层，同向铺层数目小于等于4层，对于90°的铺 层，同向铺层数目小于等于2层；从稳定性和耐冲击的角度考虑，最外层采用±45° ;铺层 应成对称分布。 优选地，所述步骤三中的目标函数包含两种类型，类型一为轴压局部屈曲载荷，，其中，N"为单位宽度上的轴压屈曲载荷，b为凸缘的 宽度，L为凸缘的长度，Dn、D66为层压板的弯曲刚度系数；类型二为压损载荷，计算公式为其中，为层压板的极限压缩载荷，N为单位宽度上的轴压 压损载荷。 优选地，在步骤一之前，考虑到铺层的对称性及最外两层的铺层角度，为减少求解 次数，实际上设计变量的数目为其中CELLC)为向上取整函数，N为铺层 数。优选地，所述步骤三中的约束函数应满足以下条件：采用0°、45°、-45°、90° 的标准铺层；避免使用同一方向的铺层组；对于0°、±45°的铺层，同向铺层数目小于等 于4层，对于90°的铺层，同向铺层数目小于等于2层；0°、45°、-45°、90°四种铺层 中的每一种铺层比例至少要占10%，其中0°铺层介于25%-40%之间，±45°铺层介于 40% -70%之间，90°铺层介于10% -25%之间；从稳定性和耐冲击的角度考虑，最外层采 用±45° ;铺层应成对称分布。 本专利技术的有益效果在于：本专利的创新点在于利用随机正态分布函数重构基本铺 层序列，在满足约束条件的情况下，快速获得最优铺层序列。可以获得复合材料层压板凸缘 的最佳轴压承载能力，降低结构重量比率，置信度高、收敛迅速。【附图说明】 图1是本专利技术的基于正态分布的复合材料层压板铺层优化方法的流程图； 图2是基于本专利技术的基于正态分布的复合材料层压板铺层优化方法得到的迭代 次数概率分布图。【具体实施方式】 为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中 的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类 似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本专利技术 一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用 于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人 员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下 面结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。 在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"前"、"后"、"左"、 "右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底" "内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方 位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元 件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术保护范围的 限制。 如图1所述，， 包含以下步骤：步骤一：根据各个铺层角度的比例要求，确定基本铺层序列；步骤 二：对每一种铺层序列进行数字编码，然后采用正态分布函数对基本铺层序列进 行随机变换和译码，得到下一轮迭代的新铺层序列；步骤三：依据目标函数公式确定基本铺层序列最优解；其中，f(x)为 目标函数，即复合材料层压板的轴压承载能力，为轴压压损载荷、N"为屈曲载荷、 极限压缩载荷，g_j(X)，j= 1，2,…m，为约束函数，Xe{RN丨Xρχ2，…，χη，铺层角度构成 的向量};步骤四：比较基本铺层序列的最优解，选取最大值作为最优铺层。步骤一纵的各个铺层角度的比例要求为：0°、45°、-45°、90°四种铺层中 的每一种铺层比例至少要占10%，其中0°铺层介于25%-40%之间，±45°铺层介于 40% -70%之间，90°铺层介于10% -25%之间。 可以理解的是，每种铺层角度的比例可以根据实际需要设定。例如，在一个备选实 施例中，0°铺层的比例为25%，±45°铺层的比例为65%，90°铺层的比例为10%;在另 一个备选实施例中，0°铺层的比例为40%，±45°铺层的比例为40%，90°铺层的比例为 20%;还可以设定为0°铺层的比例为30%，±45°铺层的比例为45%，90°铺层的比例为 25%〇在优化设计中，首先根据各个铺层角度的比例要求，得到0°、45°、-45°、90° 铺层的铺层数目和组合情况，在铺层组合确定以后，进行基本铺层序列的设置；当铺层数为 偶数时，按照±45°、0°和90°自外向内铺设；当铺层数为奇数层时，按照±45°、0°和 90°自外向内铺设，铺层数为奇数的铺层角度放在中间层。 步骤二中应满足：采用0°、45°、-45°、90°的标准铺层；避免使用同一方向的 铺层组；对于0°、±本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于随机正态分布的复合材料层压板铺层优化方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一：根据各个铺层角度的比例要求，确定基本铺层序列；步骤二：对每一种铺层序列进行数字编码，然后采用正态分布函数对基本铺层序列进行随机变换和译码，得到下一轮迭代的新铺层序列；步骤三：依据目标函数公式maxf(x)=max(Ncc,Ncr,Ncu)=ΔNcstgj(x),j=1,2,...,m,]]>确定基本铺层序列最优解；其中，f(x)为目标函数，即复合材料层压板的轴压承载能力，Ncc为轴压压损载荷、Ncr为屈曲载荷、Ncu为极限压缩载荷，gj(x),j＝1,2,…m，为约束函数，x∈{RN丨x1，x2，…，xn,铺层角度构成的向量}；步骤四：比较基本铺层序列的最优解，选取最大值作为最优铺层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕乐丰，吴文科，吴远飞，张桥，
申请(专利权)人：中国直升机设计研究所，
类型：发明
国别省市：江西;36