復合材料加筋板結構的二級協同優化設計方法

   
       針對復合材料加筋板結構的布局和鋪層優化問題，發展了一種二級優化設計技術。第一級采用基于近似模型技術的布局優化方法，以筋條形式、個數、截面形狀和鋪層厚度作為設計變量，以結構質量最輕為目標函數，實現加筋板結構布局形式和截面尺寸的布局優化；第二級借助于等效彎曲剛度法和遺傳算法，考慮層合板的制造和工藝約束，以層合板的各鋪層角作為設計變量，以層合板彎曲剛度系數與上一級優化所給最優彎曲剛度系數之間的誤差最小為目標。實現了復合材料加筋板在固定鋪層層數下的鋪層順序優化：在二級優化的基礎上。通過協調穩定性約束，實現綜合優化。算例表明：采用二級優化設計方法，可以很好地實現復合材料加筋板的布局優化設計。

       航空航天結構、風力發電葉片等的質量是重要的性能指標之一。復合材料加筋板結構可實現結構強度、剛度、穩定性等性能的綜合平衡。己被廣泛應用于飛機翼面結構、大尺寸葉片主梁區結構等。復合材料加筋板結構布局優化設計日益受到研究者關注。

       近年來，國內外研究人員大多采用數值分析方法進行加筋板優化設計研究。Blair等人將快速建模方法應用于翼面結構初始設計階段。進行結構的布局設計。張仲禎等人將Patran參數化建模與Isight優化軟件相結合，提出了同時考慮布局優化和尺寸優化的兩級優化方法。由于代理模型技術可以減少計算量，Rikards、張柱國等將代理模型技術引用到了加筋板結構設計優化中，提高了優化效率。近些年來，國內外眾多學者將遺傳算法應用于復合材料的鋪層順序優化。遺傳算法可以比較容易地解決鋪層順序的組合優化問題，但是鋪層還要受到結構強度、剛度、穩定性等方面的影響，另外當鋪層數量較多時，優化分析時間十分巨大，幾乎沒有工程實用價值。針對這一問題，國內外一些學者提出通過引入層合板的鋪層厚度和彎曲剛度參數作為中間設計變量，實現層合板鋪層順序的優化。

       可以看出，復合材料結構布局優化設計靈活且復雜，傳統的數學規劃法或準則法很難解決這類問題。為了克服這些困難，本文發展了一種二級優化設計的方法，以減小問題求解規模，實現尺寸、布局和鋪層的綜合優化設計。

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