技術(shù)特征：

1.一種考慮串油特性的飛機(jī)油箱承載結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)選擇設(shè)計(jì)工況；

2)設(shè)定開(kāi)孔的設(shè)計(jì)變量，將設(shè)計(jì)變量?jī)?chǔ)存于向量中；

3)定義承載板件上允許開(kāi)孔的區(qū)域?yàn)樵O(shè)計(jì)區(qū)域，對(duì)設(shè)計(jì)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，依據(jù)水平集函數(shù)φ(x,y)描述開(kāi)孔區(qū)域；并構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)；

4)進(jìn)行力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)和燃油流動(dòng)模擬，確定約束條件并構(gòu)建約束函數(shù)；

5)使用有限差分法求出目標(biāo)函數(shù)與約束函數(shù)對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)變量的偏導(dǎo)數(shù)，將目標(biāo)函數(shù)值、約束函數(shù)值以及求得的偏導(dǎo)數(shù)帶入MMA優(yōu)化算法中，迭代更新變量，直至目標(biāo)函數(shù)在滿(mǎn)足約束條件的情況下收斂為止，完成設(shè)計(jì)工況下的承載板件開(kāi)孔設(shè)計(jì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮串油特性的飛機(jī)油箱承載結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：步驟3)中使用四節(jié)點(diǎn)四邊形網(wǎng)格對(duì)設(shè)計(jì)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到Esum個(gè)單元和Nsum個(gè)節(jié)點(diǎn)；構(gòu)建的目標(biāo)函數(shù)為承載板件的質(zhì)量函數(shù)，構(gòu)建步驟具體包括：

301)水平集函數(shù)φ(x,y)滿(mǎn)足以下條件：取設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)坐標(biāo)為(x,y)的一點(diǎn)，如果該點(diǎn)在開(kāi)孔區(qū)域內(nèi)，則其對(duì)應(yīng)的水平集函數(shù)值大于零；如果在孔邊界上，則該點(diǎn)的水平集函數(shù)值為零，點(diǎn)在孔外則水平集函數(shù)值小于零；

302)在承載板件上均勻布置n_rec個(gè)矩形孔及n_cir個(gè)圓孔，每個(gè)開(kāi)孔分別由一個(gè)水平集函數(shù)表達(dá)，獲得(n_rec+n_cir)個(gè)不同的水平集函數(shù)；

303)將步驟302)獲得的水平集函數(shù)整合為一體，在開(kāi)孔區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)的水平集函數(shù)值均被置為1，孔外則被置為0；

304)定義完整無(wú)開(kāi)孔的原始承載板件質(zhì)量為常數(shù)M_完整，則承載板件的質(zhì)量函數(shù)為：

其中，n_w為第w號(hào)單元上四個(gè)節(jié)點(diǎn)中水平集函數(shù)值為1的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，ρ_支撐為承載板件所用材料的密度，V_w為第w號(hào)單元的體積。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種考慮串油特性的飛機(jī)油箱承載結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：步驟303)中將獲得的水平集函數(shù)分布整合為一體的具體步驟為：

3031)將獲得的(n_rec+n_cir)個(gè)水平集函數(shù)進(jìn)行以下處理：使用Heaviside函數(shù)將開(kāi)孔覆蓋區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水平集函數(shù)值設(shè)為1，其余設(shè)為0；

3032)將步驟3031)中獲得的(n_rec+n_cir)個(gè)開(kāi)孔對(duì)應(yīng)的水平集函數(shù)組裝成為一個(gè)水平集，組裝后第p個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水平集函數(shù)值φ(x_p,y_p)定義為：

其中，φ(x_p,y_p)_q為第q個(gè)開(kāi)孔所對(duì)應(yīng)的水平集函數(shù)在第p個(gè)節(jié)點(diǎn)上的值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮串油特性的飛機(jī)油箱承載結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：約束條件包括位置約束、形狀約束、強(qiáng)度約束、串油性能約束和燃油液面起伏約束。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種考慮串油特性的飛機(jī)油箱承載結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：假設(shè)承載板件為長(zhǎng)Length和寬Width的長(zhǎng)方形，則位置約束函數(shù)為：

0≤x≤Length,0≤y≤Width；

形狀約束函數(shù)為：

圓孔半徑r滿(mǎn)足：r≥0；矩形孔長(zhǎng)度L與寬度T滿(mǎn)足：L≥0，T≥0。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種考慮串油特性的飛機(jī)油箱承載結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：強(qiáng)度約束包括應(yīng)力強(qiáng)度約束、疲勞強(qiáng)度約束與穩(wěn)定性強(qiáng)度約束。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種考慮串油特性的飛機(jī)油箱承載結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：串油性能約束函數(shù)為t_平衡≤t_{標(biāo)準(zhǔn)}，t_平衡為平衡時(shí)長(zhǎng)，t_{標(biāo)準(zhǔn)}為工程實(shí)際給定的燃油最大恢復(fù)時(shí)長(zhǎng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種考慮串油特性的飛機(jī)油箱承載結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：平衡時(shí)長(zhǎng)t_平衡具體求解步驟包括：

4011)使用SPH方法模擬出小充液比油箱燃油流動(dòng)過(guò)程；

4012)根據(jù)步驟a)對(duì)燃油流動(dòng)模擬的結(jié)果解算出t時(shí)刻燃油的質(zhì)心坐標(biāo)，為時(shí)間、開(kāi)孔位置和開(kāi)孔形狀三者所構(gòu)成的函數(shù)，將其寫(xiě)為

4013)構(gòu)建比燃油粘稠5倍的虛擬流體，當(dāng)虛擬流體所有微粒的加速度之和小于初始時(shí)刻加速度之和的1％時(shí)，則認(rèn)定此時(shí)虛擬流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為無(wú)流動(dòng)狀態(tài)；

4014)假設(shè)油箱包含l個(gè)艙室，設(shè)定t時(shí)刻艙室e的燃油質(zhì)心為無(wú)流動(dòng)狀態(tài)下艙室e質(zhì)心為

構(gòu)建平衡函數(shù)以衡量t時(shí)刻燃油質(zhì)心的波動(dòng)，表達(dá)式為：

$B(\stackrel{\→}{S},t)=b(\stackrel{\→}{S},t)/V^{\frac{1}{3}}$

其中，為t時(shí)刻所有艙室燃油質(zhì)心相對(duì)于無(wú)流動(dòng)狀態(tài)下質(zhì)心的平均波動(dòng)幅值，V為燃油總體積；

4015)如果連續(xù)三次低于標(biāo)準(zhǔn)值B_{標(biāo)準(zhǔn)}，則取第一次低于B_{標(biāo)準(zhǔn)}的時(shí)刻為平衡時(shí)長(zhǎng)t_平衡；B_{標(biāo)準(zhǔn)}由實(shí)際工程給出的燃油測(cè)量允許誤差確定。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種考慮串油特性的飛機(jī)油箱承載結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：液面起伏約束函數(shù)為其中F_{標(biāo)準(zhǔn)}為工程實(shí)際給出的燃油測(cè)量允許誤差。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種考慮串油特性的飛機(jī)油箱承載結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：假設(shè)油箱包含l個(gè)艙室，的具體求解步驟包括：

4021)定義從初始時(shí)刻開(kāi)始，經(jīng)過(guò)燃油的平衡時(shí)長(zhǎng)所到達(dá)的時(shí)刻為T(mén)_平衡；使用SPH方法模擬出燃油流動(dòng)過(guò)程，計(jì)算出T_平衡時(shí)刻所有燃油微粒的位置和壓強(qiáng)；

4022)選取T_平衡時(shí)刻所有壓強(qiáng)為零的點(diǎn)作為燃油的表面微粒，設(shè)共選取表面微粒s_e個(gè)；在無(wú)流動(dòng)狀態(tài)下選取e號(hào)隔艙任意三個(gè)不共線(xiàn)的點(diǎn)，記為A_e、B_e、C_e，則T_平衡時(shí)刻燃油液面微粒i_e相對(duì)于平衡無(wú)流動(dòng)液面的距離d_ie為：

則為：