[发明专利]一种考虑可制造性的复合材料结构优化设计方法

权利要求书

1.一种考虑可制造性的复合材料结构优化设计方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1将复合材料的结构设计域划分为N个单元，并设定各单元中心点的纤维角度θ_e的初始值，其中，e＝1，2，...，N；

S2利用所述各单元中心点的纤维角度θ_e建立单元刚度矩阵K_e，并根据该单元刚度矩阵K_e计算所述复合材料的整体位移向量U，以及各单元的位移向量u_e；

S3利用所述整体位移向量U计算所述复合材料的目标函数柔度值c，同时利用所述各单元的位移向量u_e计算所述各单元中心点的灵敏度

S4以各单元中心点为矩形中心点，设置第一矩形区域，保证所述第一矩形区域的长边与该单元中心点的纤维方向平行，然后对该第一矩形区域内各单元中心点的灵敏度进行过滤处理，以得到该单元中心点的过滤灵敏度

S5以各单元的中心点为矩形中心点，设置第二矩形区域，保证所述第二矩形区域的长边与该中心点的纤维方向垂直，然后计算所述第二矩形区域内所有单元中心点的过滤灵敏度的平均值，以得到该单元中心点的灵敏度平均值

S6根据所述步骤S3获得的所述目标函数柔度值c，所述步骤S5获得的各单元中心点的灵敏度平均值以及所述纤维角度θ_e的上下界更新所述各单元中心点的纤维角度θ_e；

S7利用更新后的所述各单元中心点的纤维角度θ_e重复所述步骤S2～S6，直至满足优化终止条件，以此完成所述复合材料的优化设计。

2.如权利要求1所述的考虑可制造性的复合材料结构优化设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，各单元中心点的灵敏度采用如下公式计算：

3.如权利要求1所述的考虑可制造性的复合材料结构优化设计方法，其特征在于，所述步骤S4中，第一矩形区域的长边长度不小于单元尺寸的5倍，其短边长度不小于单元尺寸的2倍。

4.如权利要求1所述的考虑可制造性的复合材料结构优化设计方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述单元中心点的过滤灵敏度采用如下公式计算：

其中，T_e为第一矩形区域，θ_i为第一矩形区域T_e内任一单元中心点的纤维角度，w_i为权重因子；

所述权重因子w_i采用如下公式计算：

其中，r_min为过滤半径，dist(e，i)为单元中心点e到单元中心点i的欧氏距离。

5.如权利要求1所述的考虑可制造性的复合材料结构优化设计方法，其特征在于，所述步骤S5中，第二矩形区域的短边长度不超过单元尺寸，该第二矩形区域的长边长度为其短边长度的10～20倍。

6.如权利要求1所述的考虑可制造性的复合材料结构优化设计方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述单元中心点的灵敏度平均值采用如下公式计算：

其中，R_e为第二矩形区域，n为位于第二矩形区域R_e内的单元中心点的数目，θ_j为第二矩形区域R_e内任一单元中心点处的纤维角度。

7.如权利要求1～6任一项所述的考虑可制造性的复合材料结构优化设计方法，其特征在于，所述步骤S7中，优化终止条件为达到预设的优化次数。