[发明专利]对称复合材料层合板弯曲刚度铺层序优化设计方法

权利要求书

1.对称复合材料层合板弯曲刚度铺层序优化设计方法，其特征在于，通过线性和非线性敏度检测技术，在某一特定铺层位置筛选敏度铺向角，使用所述敏度铺向角从中面位置向外部位置顺序地替换已有铺层铺向角进行铺层序寻优，具体包括如下步骤：

1)初始化：将候选铺向角逐个分配给层合板，层合板的所有铺层都设置为相同的铺向角，表达方程如下：

Φ＝[βⁿ,β^n-1,…,β¹],β¹＝β²＝…＝βⁿ＝θ,θ∈{θ₁,θ₂,...,θ_m} (5)

其中，{θ₁,θ₂,...,θ_m}表示m个候选铺向角，表示将铺层序中所有铺向角设置为相同铺向角θ，SOA(Φ)表示对铺层序Φ执行符号优化算法，并计算目标函数值F，选择具有最大F_max的铺向角β_max为初始敏度铺向角，将铺层序保存为Φ_ori：

2)线性敏度检测：

2-1)在最内层铺层位置，以预定义的铺向角顺序替换所有候选铺向角ω¹＝{ω|ω∈{θ₁,θ₂,...,θ_m}_seq\{β_max}}，每次替换铺向角以后评估目标函数值F，并将F与F_max进行比较，如方程(8)所示

式中，下标seq指预定义铺层序，ω¹的上标表示铺层位置1；Γ₁(Φ(β，ω¹))表示在将铺层序Φ中铺层位置1处将铺向角β替换为ω¹，若F(Φ)F_max，更新F_max＝F(Φ)，执行Γ₁(Φ(β，α_max))并输出铺层序Φ，铺层位置j＝1和敏度铺向角α_max，中断敏度检测，保存当前铺层序Φ_ori＝Φ，转至步骤3)；若在最内层铺层位置处对所有候选铺向角ω¹有F(Φ)≤F_max，通过式(8)筛选出敏度铺向角α_max，转至步骤2-2)；

2-2)将步骤2-1)计算得到的敏度铺向角α_max从最内层相邻的铺层位置连续替换到最外侧位置n-1，见公式(9)，每次执行Γ_j(Φ(β，α_max))替换之后，计算目标函数值F，

若F(Φ^j)F_max，更新F_max＝F(Φ^j)，并输出公式(9)中的铺层序Φ^j、铺层位置j和敏度铺向角α_max，Φ^j为执行完第j个位置铺层铺向角替换操作后的铺层序，F(Φ^j)为执行完第j个位置铺层铺向角替换操作后计算目标函数值；中断敏度检测，更新Φ_ori＝Φ^j，转至步骤3)；若对公式(9)中所有铺层序中有F(Φ^j)≤F_max，j＝2,3,...,n-1，线性敏度检测失败，将铺层序重置为原始铺层序Φ＝Φ_ori，转至步骤4)；

3)线性搜索：用步骤2-1)中确定的敏度铺向角α_max层替换层合板中的铺层，从当前铺层位置k替换到最外侧位置n，见公式(10)，每次替换后Γ_k(Φ(β，α_max))，评估目标函数值F，然后，执行符号优化算法调整层合板的符号最小化弯扭耦合效应Φ＝SOA(Φ)，

若F(Φ^k)F_max，更新F_max＝F(Φ^k)，保存当前铺层序Φ_ori＝Φ^k，对铺层位置k，k＝k+1，若k＝＝n，转至步骤2)；否则，转至步骤3)继续搜索；

否则，若F(Φ^k)≤F_max，k＝j+1,j+2,...,n，则将铺层序重置为原始铺层序Φ＝Φ_ori，转至步骤2)，其中，Φ^k为执行完第k个位置铺层铺向角替换操作后的铺层序，F(Φ^k)为执行完第k个位置铺层铺向角替换操作后计算目标函数值；

4)非线性敏度检测：ω^k∈{θ₁,θ₂,...,θ_m}_seq，从最内层相邻的铺层位置递增到n进行铺向角替换操作：在每个铺层位置，顺序检查{θ₁,θ₂,...,θ_m}_seq中的候选铺向角，并且每次评估目标函数值F，

若F(Φ^k)F_max，则置敏度铺向角如方程(12)所示，然后，根据方程(11)中的铺层序更新F_max＝F(Φ^k)并记录铺层位置k，并中断非线性敏度检测，转至步骤3)中继续搜索；

若方程(11)中所有铺层序有F(Φ^k)≤F_max，k＝2,3,...,n，非线性敏度检测失败，搜索结束，转至步骤5)；

5)获得最优解：对铺层序Φ执行符号优化算法，并将目标函数值F(Φ)与F(SOA(Φ))进行比较，F(Φ)与F(SOA(Φ))中使目标函数更优的确定为最终的最优解，输出最优铺层序Φ_opt和最优函数值f_opt＝F(Φ_opt)。