[发明专利]一种针对自由曲面层合壳的形状与铺层顺序同步优化方法

权利要求书

1.一种针对自由曲面层合壳的形状与铺层顺序同步优化法，其特征在于，实现步骤如下：

步骤1，根据基于NURBS原理创建的自由曲面层合壳的几何模型，建立自由曲面层合壳的形状和铺层顺序同步优化的数学模型；

自由曲面层合壳的形状和铺层顺序同步优化的数学模型具体为：

目标函数：max f

优化变量：Z_i,θ_j,i＝1,2,…m,j＝1,2,…n

约束条件：Z_lb≤Z_i≤Z_ub,θ_j∈{0°,±45°,90°}

其中，f为一阶自振频率，Z_i为第i个控制点的Z坐标，m为控制点的个数，Z_lb和Z_ub分别为Z_i的上限和下限；θ_j为第j层铺层的铺层角度，n为铺层总层数；

步骤2，编制Fortran程序，运行Fortran程序，读取Fortran输入文件里的参数，得到Fortran输出文件；其中，Fortran输入文件里的参数为步骤1中自由曲面层合壳模型的几何参数，包括所有控制点的X、Y和Z坐标、每个控制点坐标(X，Y，Z)对应的权因子和NURBS基函数的次数；Fortran输出文件是APDL格式的命令流文件，命令流内容包括单元类型、材料参数、截面参数、几何模型、边界条件、有限元网格划分方式和模态分析命令，其中材料参数包括弹性模量、剪切模量和泊松比，截面参数包括铺层层数、单层厚度和铺层角度，几何模型是和Fortran输入文件里的参数相对应的自由曲面层合壳的几何模型；

步骤3，将Fortran输出文件作为ANSYS输入文件，将其输入到ANSYS软件中得到ANSYS输出文件，ANSYS输出文件包含自由曲面层合壳的一阶自振频率结果；

步骤4，在Isight软件中选择内置的Optimization组件，并分别创建Fortran组件和ANSYS组件；在Fortran组件中分别集成Fortran输入文件、Fortran程序和Fortran输出文件；在ANSYS组件中分别集成ANSYS输入文件、ANSYS程序和ANSYS输出文件；

步骤5，在Fortran组件中，将Fortran输入文件里的控制点Z坐标设为优化变量；在ANSYS组件中，将ANSYS输入文件里的铺层角度设为优化变量，将ANSYS输出文件里的一阶自振频率设为目标函数；在Optimization组件中选择多岛遗传算法并设置算法参数，选中优化变量并设置优化变量的范围；选中目标函数并设置目标函数为求最大值；

步骤6，在Isight软件中设置优化终止条件，运行Isight软件进行优化；满足终止条件后停止优化，提取优化结果。

2.根据权利要求1所述的一种针对自由曲面层合壳的形状与铺层顺序同步优化法，其特征在于，Fortran程序包含了NURBS建模程序，自由曲面层合壳的几何模型是基于NURBS原理创建的，NURBS是有如下形式的双变量分段有理矢值函数：

其中，n为u方向的控制点个数，且i∈[1,n]，m为v方向的控制点个数，j∈[1,m]；P_i,j是u方向编号为i且v方向编号为j的控制点坐标；w_i,j是u方向编号为i且v方向编号为j的控制点的权因子；N_i,p(u)和N_j,q(v)分别是定义在矢量U和V上的样条基函数，其表达式如下所示，u_i为u方向的结点矢量且u_i∈U,v_i为v方向的结点矢量且v_i∈V，