复合材料层合板构件铺层多级优化设计方法技术

本发明专利技术涉及一种复合材料层合板构件铺层多级优化设计方法，针对层合板结构的铺层优化，阶段一是针对于铺层顺序的优化，优化目标为层合板构件的基频最大化，运用基于神经网络的深度学习方法快速预测设计结果，然后依据预测结果，通过粒子群算法搜索复合材料层合板设计问题的最优解，提高铺层优化设计效率。阶段二主要是优化复合材料的层数，以基频最大化与质量最小化为优化目标建立多目标拓扑优化模型，设计变量为各铺层相对于自身厚度的相对厚度，应用改进的自适应遗传算法进行求解。本发明专利技术能够节省重复有限元计算所浪费的时间，通过机器学习方法提高优化效率，能快速有效地优化设计复合材料层合板结构件的质量，并提高其基频，改善稳定性。改善稳定性。改善稳定性。

【技术实现步骤摘要】
复合材料层合板构件铺层多级优化设计方法


[0001]本专利技术涉及复合材料构件结构设计领域，更具体地说，涉及一种复合材料层合板构件铺层多级优化设计方法。

技术介绍

[0002]近年来，复合材料层合板结构件在航空航天，汽车，高铁等许多工业领域得到了广泛应用，在某些关键零件上采用复合材料替换传统铝合金和钢材已成为趋势。然而，由于金属材料和纤维增强材料本身性能的巨大差异，导致了在材料替换过程中可能会产生结构设计不合理，减重不足等问题，而且复合材料是一种各向异性严重不均匀的材料，尽管其纵向性能优秀，但其横向性能以及层间性能较差，因此需要对复合材料参数进行优化设计，具体包括层合板各单层的纤维铺层方向、各单层的厚度和铺层排列顺序等。然而大多数层合板构件的使用工况复杂，相应的优化问题多为多目标优化问题，在多目标优化问题中同时考虑铺层角度和铺层厚度会大大增加优化问题的复杂程度，现有的优化方法一般是利用有限元方法结合优化算法对层合板结构展开分析，层合板复杂构件常常伴随着大量的设计参数，需要大量样本点参与迭代运算计算出合适的参数，且现有的针对复合材料层合板的多目标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料层合板构件铺层多级优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：一阶段的铺层优化设计参数为层合板构件的铺层顺序，优化目标为层合板构件的基频最大化，构造对应的数学模型；步骤2：将表示铺层角度的离散型进制数映射为连续的整型变量，归纳连续变量优化设计问题的数学模型；步骤3：运用基于神经网络的深度学习方法预测设计结果，然后依据预测结果，通过粒子群算法搜索复合材料层合板设计问题的最优解；步骤4：二阶段的优化目标是减小层合板构件的质量，基于一阶段的铺层顺序求解结果，建立以基频最大化与质量最小化为优化目标建立多目标拓扑优化模型，设计变量为各铺层相对于自身厚度的相对厚度；步骤5：采用自适应遗传算法，采用符号编码方式，设计随适应度自适应变化的变异算子和交叉算子，求解二阶段的多目标拓扑优化数学模型，对复合材料层合板铺层厚度参数进行优化；步骤6：根据二阶段多目标优化的Pareto最优解集，通过评价各个前言层子群体的Pareto优劣性性来判定个体的优劣，并以聚集距离来判定同一Pareto层的个体优劣程度。2.根据权利要求1所述的复合材料层合板构件铺层多级优化设计方法，其特征在于，步骤1对应的数学模型为公式(1)：maxf s.t.c
i
∈{0，1，...，m}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中：f为层合板构件的基频；c
i
为各铺层的角度，其中i∈{0，1，...，n}，n为各区域叠层复合材料的总铺层数；{0，1，...，m}对应m+1种铺层角度，复合材料层合板构件的铺层顺序及角度用ci所构成的进制数来表示。3.根据权利要求1所述的复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈一哲，袁梦，谢北辰，王辉，华林，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：