[发明专利]一种复合材料铺层次序优化系统

说明书

本发明涉及计算机仿真技术领域，尤其涉及一种复合材料铺层次序优化系统，包括数据库制作模块，复合材料强度校核模块，尺寸定义优化模块，尺寸优化算法模块，铺层库自动优化模块，结果可视化模块。本发明将航空结构传统的强度尺寸定义流程，提炼为自动化的优化求解器，充分考虑复合材料结构尺寸定义的完备性和工程性，为大规模的复合材料结构尺寸优化设计提供了可行的具有工程意义的解决方案。

技术领域

本发明涉及计算机仿真技术领域，尤其涉及一种复合材料铺层次序优化系统。

背景技术

复合材料具有重量轻、比强度高、比刚度高、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、尺寸稳定性好以及便于大面积整体成形等优点，在同等结构情况下比金属结构节省重量可高达40％，大大提高了燃油效率，改善了飞机整体性能。复合材料结构因其以上优点越来越多的被用于航空航天飞行器上。

复合材料结构的大量应用，要求我们提高对复合材料结构设计的认识，避免出现一些低级设计错误。现有复合材料结构尺寸优化所面临的优化设计问题，其中两个尤为突出：一是复合材料尺寸优化设计规模过于庞大，特别是对于优化设计变量；二是复合材料结构铺层优化设计。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种复合材料铺层次序优化系统，在解决复合材料结构大规模优化设计问题的同时，充分考虑复合材料结构尺寸定义的完备性和工程性，大大降低优化规模。

本发明实施例提供的一种复合材料铺层次序优化系统，该系统包括：

数据库制作模块，根据创建的广义有限元GFEM模型，对该原始模型数据进行提取，制作成数据库，为系统提供输入数据；

复合材料强度校核模块，基于有限元模型，进行复合材料的静强度校核、稳定性校核以及连接强度校核；

尺寸定义优化模块，根据用户目标安全裕度，对模型尺寸定义进行优化，完成强度校核迭代；

尺寸优化算法模块，采用乘子罚函数法将约束优化问题转化为无约束优化问题，对于无约束优化问题采用BFGS拟牛顿法求解极值；

铺层库自动优化模块，采用免疫遗传算法，结合复合材料结构和工艺铺层设计准则，进行铺层次序优化设计，自动生成铺层库；

结果可视化模块，通过安全裕度云图，或结果标签，或结果表格查看强度校核分析结果。

进一步地，上述系统中，所述数据库包括铺层信息数据库、载荷信息数据库和材料信息数据库。

进一步地，上述系统中，所述复合材料静强度校核包括层合板拉伸校核、压缩和剪切的应变水平校核。

进一步地，上述系统中，所述复合材料稳定性校核包括一维单元的局部失稳和压损校核，加筋板的柱屈曲校核，二维单元的压缩、剪切、弯曲失稳校核。

进一步地，上述系统中，所述尺寸定义优化流程如下：

1)导入优化模型；

2)将优化区域按指定工况和指定约束进行计算；

3)对优化区域中不满足约束的结构单元进行优化；

4)如优化区域均满足约束，但未达到优化指标(容差和迭代次数)，选择优化区域中约束值最大的结构单元进行优化，直到优化区域满足优化指标；

5)将上述满足优化指标的模型导出，提交至求解器Nastran进行计算；

6)更新优化模型载荷数据库；

7)对优化区域按指定工况和指定约束进行计算，如满足优化指标，结束流程；如不满足则重新转至步骤2进行操作。