基于雙值參數(shù)化方法且考慮制造約束的炭纖維復(fù)合材料鋪層優(yōu)化

劉　哲，　金達(dá)鋒,　范志瑞

(1.清華大學(xué) 汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100084；2.中北大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，山西 太原030051)

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基于雙值參數(shù)化方法且考慮制造約束的炭纖維復(fù)合材料鋪層優(yōu)化

劉哲1，金達(dá)鋒1,范志瑞2

(1.清華大學(xué) 汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100084；2.中北大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，山西 太原030051)

基于梯度的優(yōu)化方法對(duì)炭纖維復(fù)合材料層合板的鋪層數(shù)量和順序進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化問題中以鋪層質(zhì)量為目標(biāo)，并以剛度和制造約束為約束。采用改進(jìn)雙值參數(shù)化方法對(duì)鋪層的材料性能進(jìn)行插值，并基于凸規(guī)劃對(duì)偶算法對(duì)優(yōu)化問題進(jìn)行求解。為了適應(yīng)凸規(guī)劃對(duì)偶算法的特點(diǎn)，將關(guān)于鋪層角度的制造約束表述為少量非線性約束。同時(shí)引入離散度約束和懲罰指數(shù)以消除優(yōu)化結(jié)果中的中間變量。算例結(jié)果驗(yàn)證了該優(yōu)化方法的有效性。

炭纖維復(fù)合材料； 制造約束； 優(yōu)化； 層合板； 凸規(guī)劃對(duì)偶算法

1　前言

由于炭纖維復(fù)合材料較鋼、鋁等材料具有較高的比強(qiáng)度、比剛度以及良好的抗腐蝕性，其在航空、航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。炭纖維復(fù)合材料在力學(xué)性能上體現(xiàn)出較強(qiáng)的各向異性使得該種材料具有良好的可設(shè)計(jì)性。多數(shù)情況下為了使結(jié)構(gòu)在滿足一定剛度要求的情況下實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化，對(duì)炭纖維復(fù)合材料的鋪層層數(shù)和鋪層角度的優(yōu)化十分必要。

為了使鋪層設(shè)計(jì)更具有工程意義，在鋪層優(yōu)化時(shí)還需考慮優(yōu)化結(jié)果的可制造性、制造成本以及鋪層在使用過程中隨機(jī)載荷對(duì)鋪層剛度和強(qiáng)度的影響。……