一种考虑可制造性的复合材料结构优化设计方法技术

本发明专利技术属于复合材料结构优化设计领域，并具体公开了一种考虑可制造性的复合材料结构优化设计方法。该方法包括：划分复合材料结构的设计域并设定纤维角度的初始值；建立单元刚度矩阵并计算整体位移向量和各单元的位移向量；计算目标函数柔度值，同时计算各单元中心点的灵敏度；设置长边与纤维方向平行的第一矩形区域，并得到各单元中心点的过滤灵敏度；设置长边与纤维方向垂直的第二矩形区域，以得到各单元中心点的灵敏度平均值；更新各单元中心点的纤维角度并重复上述步骤，直至满足优化终止条件，以此完成复合材料结构的优化设计。采用本发明专利技术提供的方法能够得到可制造并满足工艺约束的变刚度复合材料结构设计，极大改善了结构的可制造性。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑可制造性的复合材料结构优化设计方法
本专利技术属于复合材料结构优化设计领域，更具体地，涉及一种考虑可制造性的复合材料结构优化设计方法。
技术介绍
相比常规的金属材料，纤维增强复合材料具有比强度高、比模量大、抗疲劳、抗腐蚀及减震性能好等优点，越来越多地被应用于航空航天、汽车、建筑等领域。其中，自动铺带技术可沿曲线路径铺放纤维，所制造出的结构带有变刚度的特性，即结构的刚度在不同位置按需变化。与直线纤维增强的定刚度结构比较，变刚度结构有着更好的可设计性。通过优化设计纤维铺放角度或路径，设计人员可得到性能更优的结构。复合材料结构优化设计通常是针对纤维铺设角度或路径。一般来讲，结构会被离散为有限个单元，有一类优化设计方法便是以各单元中心点处的纤维角度值为设计变量，通过连续不断地改变设计点的纤维角度值得到最优的复合材料结构，但此类方法不能保证纤维角度的空间连续性，即邻近的纤维角度可能会有突变(差值很大)，这会导致结构不可制造。为了解决这个问题，研究者们提出不同的方法来保证纤维角度的空间连续变化布局。但采用这些方法得到的结构的可制造性较差，一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑可制造性的复合材料结构优化设计方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：/nS1将复合材料的结构设计域划分为N个单元，并设定各单元中心点的纤维角度θ

【技术特征摘要】
1.一种考虑可制造性的复合材料结构优化设计方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1将复合材料的结构设计域划分为N个单元，并设定各单元中心点的纤维角度θe的初始值，其中，e＝1,2,…,N；
S2利用所述各单元中心点的纤维角度θe建立单元刚度矩阵Ke，并根据该单元刚度矩阵Ke计算所述复合材料的整体位移向量U，以及各单元的位移向量ue；
S3利用所述整体位移向量U计算所述复合材料的目标函数柔度值c，同时利用所述各单元的位移向量ue计算所述各单元中心点的灵敏度
S4以各单元中心点为矩形中心点，设置第一矩形区域，保证所述第一矩形区域的长边与该单元中心点的纤维方向平行，然后对该第一矩形区域内各单元中心点的灵敏度进行过滤处理，以得到该单元中心点的过滤灵敏度
S5以各单元的中心点为矩形中心点，设置第二矩形区域，保证所述第二矩形区域的长边与该中心点的纤维方向垂直，然后计算所述第二矩形区域内所有单元中心点的过滤灵敏度的平均值，以得到该单元中心点的灵敏度平均值
S6根据所述步骤S3获得的所述目标函数柔度值c，所述步骤S5获得的各单元中心点的灵敏度平均值以及所述纤维角度θe的上下界更新所述各单元中心点的纤维角度θe；
S7利用更新后的所述各单元中心点的纤维角度θe重复所述步骤S2～S6，直至满足优化终止条件，以此完成所述复合材料的优化设计。


2.如权利要求1所述的考虑可制造性的复合材料结构优化设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，各单元中心点的灵敏度采用如下公式计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏奇，霍宇航，宗子豪，蒲史鸣，史铁林，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42