申请/专利权人：北京工业大学

申请日：2020-10-13

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN112364534B

主分类号：G06F30/23

分类号：G06F30/23;G06F113/26

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2021.03.05#实质审查的生效;2021.02.12#公开

摘要：本发明是一种基于全因子试验的复合材料双稳态壳结构优化设计方法：1建立复合材料双稳态壳结构的几何模型；2建立复合材料双稳态壳结构的有限元模型；3基于Abaqus软件进行非线性有限元分析，得到复合材料双稳态壳结构的应变能和应力值；4以复合材料双稳态壳结构横截面半径、铺层角度为设计变量，建立以复合材料双稳态壳结构第二稳定状态下应变能为目标的优化模型；5采用响应面法解决优化设计问题，在参数设计空间内通过全因子试验设计方法选取样本点，实现目标函数和约束函数显示化，并对拟合函数的准确性进行检验；6采用序列二次规划算法进行求解，得到最优结果。此方法应用于复合材料双稳态壳结构在空间展开结构方面。

主权项：1.一种基于全因子试验的复合材料双稳态壳结构优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，建立复合材料双稳态壳结构的几何模型；第二步，建立复合材料双稳态壳结构的有限元模型，包括：网格划分、施加约束和加载方式，网格单元类型选择S4R壳单元即减缩积分壳单元；第三步，基于Abaqus软件进行非线性有限元分析，得到复合材料双稳态壳结构应变能和应力值；第四步，建立以复合材料双稳态壳结构应变能为目标，以复合材料双稳态壳结构横截面半径、铺层角度为设计变量，以复合材料层合板剪切强度为约束的优化模型；所述优化模型如下： 式中：Dn为所有设计变量的设计空间；i为设计变量个数；xi为设计变量，x1，x2分别为壳结构横截面半径与铺层角度；E为目标函数，为复合材料双稳态壳结构第二稳定状态应变能；τ为约束函数，为双稳态壳结构剪切应力值； 为约束条件，复合材料层合板剪切强度； xi，为设计变量上下限；第五步，采用响应面分析方法解决优化设计问题，在参数设计空间内通过全因子试验设计方法选取样本点，实现目标函数和约束函数的显示化，并对拟合函数的准确性进行检验；响应面函数的拟合表达式为： 式中:f为力学性能参数的响应面值； 为各组合单项；k为多项式个数；aa为待定系数，通过最小二乘法求解得到；第六步，采用序列二次规划算法进行求解，得到优化结果；所述第二步复合材料双稳态壳结构的有限元模型，对复合材料双稳态壳结构的约束和加载方式进行效的实现过程为：在Abaqus软件对实验装置进行等效简化，建立复合材料双稳态壳结构的三维模型，将实际压头简化为半圆柱壳，夹具简化为两个支撑复合材料双稳态壳结构支撑平板，压头和夹具均简化为刚体部件，通过平移、旋转、复制命令完成复合材料双稳态壳结构的建模，并定义壳结构材料属性；采用rigidbody命令设置来模拟复合材料双稳态壳结构驱动装置，在压头和夹具部分分别建立参考点，并将压头和夹具部分通过rigidbody连接约束起来，然后分别在参考点处施加位移载荷与约束；所述第三步对复合材料双稳态壳结构进行非线性有限元分析的实现过程为：采用Abaqus软件进行非线性有限元分析，选取静态分析方法模拟稳态转变过程，采用减缩积分S4R单元，得到结构的应变能和剪切应力值；所述第四步建立以复合材料双稳态壳结构横截面半径、铺层角度为设计变量，保证复合材料双稳态壳结构第二稳定状态下储存应变能最大的优化模型的实现过程为；对双稳态复合材料壳结构试验点进行有限元分析，建立以圆柱壳结构横截面半径、铺层角度为设计变量，以剪切应力为约束，以应变能为目标的优化模型；所述第五步采用响应面分析方法解决优化设计问题，在参数设计空间内通过全因子试验设计方法选取样本点，构造目标函数和约束函数的响应面，对其拟合函数进行显示化，并对拟合函数的准确性进行检验的实验过程为；采用全因子方法设计试验样本点，得到参数与响应的关系，通过Matlab软件拟合约束函数和目标函数的多项式表达式，实现约束函数和目标函数的显示化，并对拟合精度进行检验。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京工业大学 一种基于全因子试验的复合材料双稳态壳结构优化设计方法

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