一种基于稳定性算法的动态复合材料铺层库设计方法技术

本申请属于飞机结构设计及强度分析领域，特别涉及一种基于稳定性算法的动态复合材料铺层库设计方法。包括：步骤一、按照铺层角度数比例，以及基于铺层的对称性约束和均衡性约束要求设计铺层角度数量表；步骤二、确定算法遍寻满足约束的铺层顺序；步骤三、确定稳定性约束和一般强度约束的分界点；步骤四、确定稳定性综合评价指标；步骤五、确定动态核心层组；步骤六、向上加层生成铺层；步骤七、向下丢层生成铺层；步骤八、将所述动态核心层组加上向上加层生成的铺层以及向下丢层生成的铺层合并组成铺层库。本申请设计过程有理可依，设计目标可评价，设计结果统一，解决了传统铺层库依靠经验设计，无法评价结果优劣和铺层设计参差不齐的问题。齐的问题。齐的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于稳定性算法的动态复合材料铺层库设计方法


[0001]本申请属于飞机结构设计及强度分析领域，特别涉及一种基于稳定性算法的动态复合材料铺层库设计方法。

技术介绍

[0002]飞行器翼面类结构参数优化分析中，与金属翼面结构不同，复合材料翼面结构需要考虑铺层的连续性，使得传统金属翼面结构参数优化中以网格厚度为连续变量的分析方法不再适用。目前针对铺层连续性问题，工程上一般采用设计铺层库的方式实现。传统的铺层库设计极其依赖设计人员的经验水平，且没有统一标准，很难达到最优设计。
[0003]上海波客实业有限公司申请的专利技术专利“一种复合材料铺层库优化生成方法”(专利申请号：CN201810700601.1)，此专利涉及的复合材料铺层库优化生成方法，生成逻辑为首先优化最大铺层数下的铺层顺序，后向下丢层生成铺层库。此优化方法有以下不足：1)基于最大铺层数的铺层顺序生成的铺层库不符合工程实际。工程实际中，尤其是机翼壁板结构这类大载荷、大尺寸和应力水平较高的翼面结构，最大铺层数的铺层顺序不是主要约束，只有“薄板”才有稳定性问题，应该尽量优化“薄板”的铺层顺序，提高“薄板”的稳定性；2)向下丢层后保证该层稳定性最好，这种单独考核每一层稳定性的方式不能达到综合最优。实际上，铺层库有多种组合，需综合评价所有可能，选择综合性能最优的铺层库；3)铺层库设计考虑工艺等约束不足。工程实际中，存在很多实际上的铺层习惯和约束，应充分结合工艺约束设计铺层库。
[0004]因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是提供了一种基于稳定性算法的动态复合材料铺层库设计方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
[0006]本申请的技术方案是：
[0007]一种基于稳定性算法的动态复合材料铺层库设计方法，包括：
[0008]步骤一、按照铺层角度数比例，以及基于铺层的对称性约束和均衡性约束要求设计铺层角度数量表；
[0009]步骤二、确定算法遍寻满足约束的铺层顺序；
[0010]步骤三、确定稳定性约束和一般强度约束的分界点；
[0011]步骤四、确定稳定性综合评价指标；
[0012]步骤五、确定动态核心层组；
[0013]步骤六、向上加层生成铺层；
[0014]步骤七、向下丢层生成铺层；
[0015]步骤八、将所述动态核心层组加上向上加层生成的铺层以及向下丢层生成的铺层合并组成铺层库。
[0016]在本申请的至少一个实施例中，步骤一中，所述按照铺层角度数比例，以及基于铺层的对称性约束和均衡性约束要求设计铺层角度数量表包括：
[0017]按照铺层角度数比例设计铺层角度表，其中，
[0018]在承拉压区，铺层角度0
°
：
±
45
°
：90
°
＝5:4:1；
[0019]在承剪切区，铺层角度0
°
：
±
45
°
：90
°
＝3:6:1；
[0020]基于铺层的对称性约束要求铺层顺序关于中面对称；
[0021]基于铺层的均衡性约束要求+45
°
铺层数等于
‑
45
°
铺层数。
[0022]在本申请的至少一个实施例中，步骤二中，根据以下要求确定算法遍寻满足约束的铺层顺序包括：
[0023]相邻铺层角度差不超过60
°
；
[0024]同角度最大层组不超过3层，同时90
°
不允许叠层；
[0025]铺层表面至少一层连续。
[0026]在本申请的至少一个实施例中，步骤三中，所述确定稳定性约束和一般强度约束的分界点包括：
[0027]计算步骤二中遍寻到的铺层顺序的临界失稳应力，随着铺层数增加，临界失稳应力增加，直到临界失稳应力即将超过一般强度应力约束值，选取此铺层数为稳定性约束和一般强度约束的分界点，在此铺层数以下，按稳定性设计，在此铺层数以上，按一般强度应变设计。
[0028]在本申请的至少一个实施例中，步骤四中，所述确定稳定性综合评价指标包括：
[0029]所述稳定性综合评价指标为：
[0030][0031]式中，B为综合稳定性指数，σ
ci
为第i层铺层的临界失稳应力，t
i
为第i层铺层的厚度，n0为考核铺层组的起始层，n为考核铺层组总的铺层数。
[0032]在本申请的至少一个实施例中，步骤五中，所述确定动态核心层组包括：
[0033]根据步骤三确定的分界点，选取分界点以下的某个集合作为待考核稳定性的铺层组；
[0034]根据步骤四的稳定性综合评价指标为目标，不断优化铺层组顺序，使目标值最大，得到动态核心层组。
[0035]在本申请的至少一个实施例中，步骤六中，所述向上加层生成铺层包括：
[0036]以步骤五确定的动态核心层组上边界的铺层顺序为基础，按照步骤一的铺层角度数量表指定的角度，向上增加铺层，增加铺层后满足设计约束和工艺约束，以获得该层最大临界失稳应力为目标，确定所增加铺层的位置，从而确定该层的铺层顺序，继续按照上述方式向上生成铺层，一直扩展填满向上的设计空间。
[0037]在本申请的至少一个实施例中，步骤七中，所述向下丢层生成铺层包括：
[0038]以步骤五确定的动态核心层组下边界的铺层顺序为基础，按照步骤一的铺层角度数量表指定的角度，向下丢失铺层，丢失铺层后满足设计约束和工艺约束，以获得该层最大临界失稳应力为目标，确定所丢失铺层的位置，从而确定该层的铺层顺序，继续按照上述方式向下生成铺层，一直扩展填满向下的设计空间。
[0039]专利技术至少存在以下有益技术效果：
[0040]本申请的基于稳定性算法的动态复合材料铺层库设计方法，不同设计人员依据该方法，均能获得统一的铺层库，增加了设计通用性和适应性，解决了以往设计参差不齐的问题；设计了铺层角度数量表，该设计灵活多变，可按单一铺层角度比例设计，也可按不同区域不同角度比例设计，高效实现多种比例铺层角度数量重组；设计了稳定性综合评价指标，使得铺层库稳定性的评价科学直观，与已有设计对比，使用该评价体系设计的核心铺层组，综合稳定性能能提高20～40％。
附图说明
[0041]图1是本申请一个实施方式的基于稳定性算法的动态复合材料铺层库设计方法流程图；
[0042]图2是本申请一个实施方式的稳定性约束和一般强度约束分界点示意图。
具体实施方式
[0043]为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于稳定性算法的动态复合材料铺层库设计方法，其特征在于，包括：步骤一、按照铺层角度数比例，以及基于铺层的对称性约束和均衡性约束要求设计铺层角度数量表；步骤二、确定算法遍寻满足约束的铺层顺序；步骤三、确定稳定性约束和一般强度约束的分界点；步骤四、确定稳定性综合评价指标；步骤五、确定动态核心层组；步骤六、向上加层生成铺层；步骤七、向下丢层生成铺层；步骤八、将所述动态核心层组加上向上加层生成的铺层以及向下丢层生成的铺层合并组成铺层库。2.根据权利要求1所述的基于稳定性算法的动态复合材料铺层库设计方法，其特征在于，步骤一中，所述按照铺层角度数比例，以及基于铺层的对称性约束和均衡性约束要求设计铺层角度数量表包括：按照铺层角度数比例设计铺层角度表，其中，在承拉压区，铺层角度0
°
：
±
45
°
：90
°
＝5:4:1；在承剪切区，铺层角度0
°
：
±
45
°
：90
°
＝3:6:1；基于铺层的对称性约束要求铺层顺序关于中面对称；基于铺层的均衡性约束要求+45
°
铺层数等于
‑
45
°
铺层数。3.根据权利要求2所述的基于稳定性算法的动态复合材料铺层库设计方法，其特征在于，步骤二中，根据以下要求确定算法遍寻满足约束的铺层顺序包括：相邻铺层角度差不超过60
°
；同角度最大层组不超过3层，同时90
°
不允许叠层；铺层表面至少一层连续。4.根据权利要求3所述的基于稳定性算法的动态复合材料铺层库设计方法，其特征在于，步骤三中，所述确定稳定性约束和一般强度约束的分界点包括：计算步骤二中遍寻到的铺层顺...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐荣章，余明，李咪咪，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：