复合材料加筋板结构的二级协同优化设计方法

       针对复合材料加筋板结构的布局和铺层优化问题，发展了一种二级优化设计技术。第一级采用基于近似模型技术的布局优化方法，以筋条形式、个数、截面形状和铺层厚度作为设计变量，以结构质量最轻为目标函数，实现加筋板结构布局形式和截面尺寸的布局优化；第二级借助于等效弯曲刚度法和遗传算法，考虑层合板的制造和工艺约束，以层合板的各铺层角作为设计变量，以层合板弯曲刚度系数与上一级优化所给最优弯曲刚度系数之间的误差最小为目标。实现了复合材料加筋板在固定铺层层数下的铺层顺序优化：在二级优化的基础上。通过协调稳定性约束，实现综合优化。算例表明：采用二级优化设计方法，可以很好地实现复合材料加筋板的布局优化设计。

       航空航天结构、风力发电叶片等的质量是重要的性能指标之一。复合材料加筋板结构可实现结构强度、刚度、稳定性等性能的综合平衡。已被广泛应用于飞机翼面结构、大尺寸叶片主梁区结构等。复合材料加筋板结构布局优化设计日益受到研究者关注。

       近年来，国内外研究人员大多采用数值分析方法进行加筋板优化设计研究。将快速建模方法应用于翼面结构初始设计阶段。进行结构的布局设计。将Patran参数化建模与Isight优化软件相结合，提出了同时考虑布局优化和尺寸优化的两级优化方法。由于代理模型技术可以减少计算量，Rikards、张柱国等将代理模型技术引用到了加筋板结构设计优化中。提高了优化效率。近些年来，国内外众多学者将遗传算法应用于复合材料的铺层顺序优化。遗传算法可以比较容易地解决铺层顺序的组合优化问题，但是铺层还要受到结构强度、刚度、稳定性等方面的影响，另外当铺层数量较多时，优化分析时间十分巨大，几乎没有工程实用价值。针对这一问题，国内外一些学者提出通过引入层合板的铺层厚度和弯曲刚度参数作为中间设计变量，实现层合板铺层顺序的优化。

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