[发明专利]一种复合材料耐压壳体的铺层优化设计方法

摘要

本发明公开了一种复合材料耐压壳体的铺层优化设计方法，是以提高复合材料耐压壳体结构承压能力为目标的基于壳体刚度系数的铺层方式优化设计。设计构建铺层参数，包括不同的铺层角度φ_i，铺层角度对应的铺层层数N_i；建立目标函数来描述不同铺层方式所对应的刚度系数比与该最佳刚度系数比的接近程度，某个铺层对应的目标函数值越小，则代表该铺层对应的刚度系数比越接近最佳刚度系数比，其壳体性能越高。根据设计模型，利用遗传算法与经典层合理论，寻找到最佳铺层方式。利用经典层合理论计算个体的拉压刚度系数比和弯曲刚度系数比，代替有限元分析整个结构的强度和稳定性，极大地减少了计算量，提高了优化效率。

主权项

1.一种复合材料耐压壳体的铺层优化设计方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1.确定设计参数及其参数范围；根据水下航行器复合材料耐压壳体的结构对壳体进行参数确定，设计参数包括壳体的内径，壳体的长径比与径厚比；步骤2.确定复合材料耐压壳体的铺层模式；构建铺层参数，铺层参数包括不同的铺层角度φ_i，铺层角度对应的铺层层数N_i；步骤3.选取确定优化算法；由于复合材料结构加工的工艺限制，铺层角度φ_i为在特定的范围内选择，或±30°、或±45°；铺层层数N_i为整数变量，复合材料耐压壳体铺层优化为离散优化；遗传算法是一种全局优化概率算法，不依赖梯度信息，且支持任意形式的目标函数和约束，适于复合材料耐压壳体铺层设计优化；步骤4.确定设计变量铺层角度φ_i与铺层角度对应的铺层层数N_i的取值范围，构建目标函数与适应度函数，确定初始种群规模，遗传代数，收敛判断准则，以及遗传过程中的选择方案，交叉率和变异率；步骤5.迭代计算，计算种群中每个个体的适应度，根据选择方案，适应度高的个体更容易生存到下一代种群，对种群进行遗传，交叉，变异操作，生成新一代的种群；计算新一代种群中每个个体的适应度，并根据收敛条件判断是否收敛，如若收敛则跳出计算，若不收敛，则重复上一过程，直至结果收敛或者达到最大遗传代数。