[发明专利]一种双稳态复合材料壳的优化设计方法

说明书

本发明公开了一种双稳态复合材料壳的优化设计方法，克服了现有技术中很少采用近似模型的方法来优化双稳态复合材料壳的稳态特性以及设计参数多的问题，它包括下列步骤：选取参数，对其进行数值方案设计；基于设计的数值方案进行双稳态复合材料壳三维建模、数值计算，得到稳态特性值；建立各参数与稳态特性值之间的近似模型，求解模型系数；求解近似模型，对近似模型进行寻优；对寻优的结果进行相同三维建模和数值模拟，得到稳态特性值；判断是否达到设计要求。建立了准确性高、适应性强的近似模型，提高了设计双稳态复合材料壳的速度，解决了设计中多个设计目标的要求。

技术领域

本发明涉及复合材料结构设计领域，特别涉及了一种双稳态复合材料壳的优化设计方法。

背景技术

复合材料是人们运用先进的材料制备技术将两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围，具有轻质、高比强度、高比刚度等优异特性，现代高科技的发展离不开复合材料。在近几年，复合材料更是得到了高速发展，成为一大研究热点。

双稳态复合材料作为一种新兴复合材料，能够用来制做简单的、可靠的、轻质的可展开机构而广泛地应用于航天飞行器的设计和制造中，其特点是存在两种不同的稳定状态，且处于稳定状态时不需要外力维持。然而双稳态复合材料壳的设计仍然是基于半经验半理论设计，难以实现满足各种需求的结果，需要开展进行进一步优化。

现有的双稳态复合材料壳的设计主要依靠设计经验，以及采用数值模拟设计方法，目前很少有采用建立参数与稳态特性值近似模型的方法来提高或者降低双稳态复合材料壳的稳态特性的方法。中国专利局2018年11月27日公开了一种名称为一种多稳态复合材料壳的设计方法的发明，其公开号为CN108897965A。该发明公开了一种多稳态复合材料壳的设计方法，包括确定复合材料壳的设计参数、建立复合材料壳的稳态分析模型、绘制稳态特性相图、通过稳态特性相图设计满足需求的多稳态复合材料壳结构、仿真验证复合材料壳的稳态特性这几个步骤，解决了具有初始曲率和圆形俯视面的多稳态复合材料壳的设计的问题。但存在建立稳态分析模型时考虑的参数较多，设计复合材料壳的速度较慢的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中双稳态复合材料壳的设计主要依靠设计经验，以及采用数值模拟设计方法，很少采用近似模型的方法来提高或者降低双稳态复合材料壳的稳态特性以及设计参数多的问题，提供了一种双稳态复合材料壳的优化设计方法，通过几何拉丁超立方试验设计、数值模拟、二阶响应面模型以及多目标遗传算法对双稳态复合材料壳进行设计，从而得到双稳态复合材料壳稳态特性最优的一组的壳几何参数组合，优化了稳态特性，提高了设计双稳态复合材料壳的速度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种双稳态复合材料壳的优化设计方法，其特征在于，它包括下列步骤：

S1：选取若干个对双稳态复合材料壳稳态特性影响较大的参数，采用拉丁超立方试验设计方法对选取的参数进行近似随机抽样，得到若干组数值方案，一组数值方案为一组具体的参数值；

S2：基于设计的数值方案进行双稳态复合材料壳三维建模，然后进行批处理数值计算，得到第一稳态特性值；

S3：建立各参数与第一稳态特性值之间的近似模型，求解近似模型中所有系数；

S4：采用多目标遗传算法求解S3中的近似模型，对近似模型进行寻优；

S5：对寻优的结果进行相同建模和数值模拟，得到第二稳态特性值；

S6：判断能否达到设计要求和误差范围，若能，输出该结果，若不能，回到S1,重新设计数值方案，重复S1至S6。