(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111535614.6 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 中国航空工业 集团公司成 都飞机设 计研究所 地址 610091 四川省成 都市青羊区日月大 道1610号 成都飞机 设计研究所计划发 展部 (72)发明人 郭海峰　齐利剑　夏银　袁一彬　 王周宇　陈金睿　 (74)专利代理 机构 中国航空专利中心 1 1008 代理人 王世磊 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 113/26(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种含丢层复合材 料层合板铺 层优化方法 (57)摘要 本发明属于复合材料结构设计技术领域， 具 体涉及一种含丢层复合材料层合板铺层优化方 法。 本发明提供了将含丢层复合材料层合板几何 建模、 有限元计算、 铺层顺序优化串联起来的优 化框架， 在几何建模中根据丢层边界对模型进行 区域划分， 将整体复杂的结构分为了离散的区 域， 以插层的方式完成对每一个区域的铺层参数 的设定从而获得铺层顺序， 并且能够保证以该方 法获得的铺层顺序满足可丢层性。 优化过程将铺 层顺化问题转化为了插层位置、 角度优化问题， 使优化效率更高。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 114282408 A 2022.04.05 CN 114282408 A 1.一种含丢层复合材 料层合板铺 层优化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1： 在有限元软件中， 按照丢层边界对模型划分为n个区域， 各区域 分别记为Qi—— i＝1、 2...n； 步骤S2： 在有限元软件中， 对划分的区域 分别设置各区域给定的初 始铺层数量L(Qi)、 及 各区域初始铺 层顺序参数， 所述各区域初始铺 层顺序参数均为0； 步骤S3： 在有限元软件中， 建立约束条件， 使结构选定的几何边界固支或者简支、 对结 构选定的几何元素进行加载， 设置输出目标如应力、 应变、 位移； 将上述建立的模型提交计 算后生成包 含完整铺 层信息的网格模型I NP文件； 步骤S4： 对每一个划分的区域， 建立与该区域铺层数量L(Qi)相等的{Si(x)——x＝1、 2...L(Qi)}i＝1...N作为各区域的铺 层顺序参数； 步骤S5： 对铺 层数量最小的区域设置确定的铺 层顺序参数s1(x)——x＝1、 2. ..L(Q1)； 步骤S6： 以插层的方式按铺 层数量由小到大的顺序设置其 余各区域铺 层顺序参数； 步骤S7： 用步骤S6确定的各区域铺层顺序参数一一映射到所述步骤S3的INP文件中各 区域初始铺层顺序参数， 将映射后的INP文件输入有 限元软件进行计算、 得到输出目标结 果； 步骤S8： 根据所述步骤S7计算得到的输出目标结果， 将铺层优化问题转化为插层优化 问题， 对铺 层顺序参数 赋予新的数值； 步骤S9： 重复步骤S5 ‑S8直到计算结果满足要求。 2.根据权利要求1所述的一种 含丢层复合材料层合板铺层优化方法， 其特征在于， 步骤 S1所述的按照丢层边界对模型进行精确的区域划分是指模型须按照所有丢层边界进行区 域划分为n个区域Qi——i＝1、 2...n， 按照铺层数量由小到大的顺序对各区域按顺序编号： 对 有L(Qi)＜L(Qi+1)。 3.根据权利要求2所述的一种 含丢层复合材料层合板铺层优化方法， 其特征在于， 步骤 S3中所述的I NP文件包含了完整的区域划分信息、 充分的加荷、 约束情况。 4.根据权利要求3所述的一种 含丢层复合材料层合板铺层优化方法， 其特征在于， 步骤 S4须按照步骤S1的区域划分结果对顺序参数分组， 顺序参数的组数与划分区域的数量相等 且两者之间建立对应关系， 每组顺序参数包 含的元素数量与对应区域的铺 层数量一致。 5.根据权利要求4所述的一种 含丢层复合材料层合板铺层优化方法， 其特征在于， 步骤 S6中除了铺层数量最少区域的顺序参数在步骤S 5设置好， 其余区域对应的顺序参数均由插 层的方式获得： 考虑共n个区域的层合板， 第i个区域写作Qi——i＝1、 2...n， L(Qi)表示Qi区 域的铺层数量， 按照数量由小到大的排列规则得到： 对 有L(Qi)＜L(Qi+1)； Si (x)x＝1、 2...L(Qi)表示第i个区域第x个铺层的角度； 所有区域相邻情况由n ×n矩阵U表 示： 若已知第i个区域所有Si(x)——x＝1、 2. ..L(Qi)， 则第i+1个区域：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114282408 A 2其中pi(m)——m＝1、 2...(L(Qi+1)‑L(Qi))代表新建的铺层顺序参数， 初始值取任意实 数， 后续值由优化算法控制。 符号 代表插层运算， 表示第i个区域的序列 中任意相邻元素Si(x)、 Si(x+1)间插入新建的铺层顺序参数pi(m)， 形成 新序列{Si(1)、 Si(2)、 pi(1)...pi(L(Qi+1)‑L(Qi))、 pi(L(Qi))}， 新序列共有L(Qi+1)个元素， 将新序列按元 素对Si(x+1)赋值即： 以上步骤得到第i+1个区域的所有铺层顺序 参数Si+1(x)， 考虑第i+2个区域， 有8种相邻 情况： 情况1： U(i， i+1)＝1、 U(i， i+2)＝1、 U(i+1， i+2)＝1 情况2： U(i， i+1)＝1、 U(i， i+2)＝1、 U(i+1， i+2)＝0 情况3： U(i， i+1)＝1、 U(i， i+2)＝0、 U(i+1， i+2)＝1 情况4： U(i， i+1)＝1、 U(i， i+2)＝0、 U(i+1， i+2)＝0 情况5： U(i， i|1)＝0、 U(i， i|2)＝1、 U(i|1， i|2)＝1 情况6： U(i， i+1)＝0、 U(i， i+2)＝0、 U(i+1， i+2)＝1 情况7： U(i， i+1)＝0、 U(i， i+2)＝1、 U(i+1， i+2)＝0 情况8： U(i， i+1)＝0、 U(i， i+2)＝0、 U(i+1， i+2)＝0 对情况1、 3、 4、 5、 6、 7、 8： 对情况2可以任意使用以下公式之一确定Si+2(x)： 6.根据权利要求5所述的一种 含丢层复合材料层合板铺层优化方法， 其特征在于， 步骤 S7将顺序 参数Si(x)——x＝1、 2...L(Qi)映射到INP文件中对应区域表征铺层角度的数值， 映射方式可以是手动更改或是用脚本更改。 7.根据权利要求6所述的一种 含丢层复合材料层合板铺层优化方法， 其特征在于， 步骤 S8将含丢层复材层合板优化问题已转化为插层优化问题， 设计变量由各区域的铺层顺序了 变为了最少铺层区域的铺层顺序S1(x)——x＝1、 2...L(Q1)、 插层情况pi(m)——m＝1、 2... (L(Qi+1)‑L(Qi))。 根据有限元计算的目标结果如应力、 应变、 位移是否满足设计要求， 对S1 (x)、 pi(m)使用遗传算法、 模拟退火 法等优化 算法进行 无约束优化， 生成新的S1(x)、 pi(m)。 8.根据权利要求7所述的一种 含丢层复合材料层合板铺层优化方法， 其特征在于， 若步 骤S7所述的计算结果小于设计规定的阈值， 则步骤S9终止优化， 输出该结算结果对应的铺 层顺序； 若步骤S7所述的计算结果大于设计规定的阈值， 则步骤S9将步骤S8生成的新铺层 顺序参数迭代回步骤S5进行新 一轮优化过程。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114282408 A 3