一種考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案庫建庫方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案庫建庫方法，該方法首先采用整數(shù)對復(fù)合材料鋪層方案進行編碼，通過遍歷所有的組合建立復(fù)合材料鋪層基本方案庫，即第一級復(fù)合材料鋪層方案庫，采用二進制數(shù)作為斷層操作碼，進而在第一級復(fù)合材料鋪層方案的基礎(chǔ)上通過斷層操作得到第二級復(fù)合材料鋪層方案庫，依次執(zhí)行斷層操作，可以得到多級復(fù)合材料鋪層方案庫。本發(fā)明可以獲得滿足鋪層相容性要求的復(fù)合材料鋪層方案庫，實現(xiàn)復(fù)合材料鋪層厚度變化區(qū)域的有效過渡，為復(fù)合材料鋪層工藝設(shè)計提供可行的鋪層方案，同時為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。
【專利說明】
-種考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案庫建庫方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明主要是適用于具有一種鋪層材料并存在鋪層相容性問題的復(fù)合材料鋪層 方案的制定，具體設(shè)及一種考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案庫建庫方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鑒于復(fù)合材料高比強度、高比剛度的優(yōu)越性，現(xiàn)代航空航天、汽車等工業(yè)領(lǐng)域中復(fù) 合材料結(jié)構(gòu)的使用率越來越大，應(yīng)用范圍也從次承力結(jié)構(gòu)逐步擴展到主承力結(jié)構(gòu)。據(jù)報道， 波音公司設(shè)計生產(chǎn)的B787全機結(jié)構(gòu)復(fù)合材料覆蓋率達到50%，其機翼部件復(fù)合材料覆蓋率 更是高達90% W上。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計較之前傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)在設(shè)計難度、工作量上都大幅 度增加，而受到復(fù)合材料特有的鋪層相容性及鋪層工藝的影響，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)鋪層方案設(shè) 計嚴(yán)重滯后于結(jié)構(gòu)方案設(shè)計。因此，如何快速獲得鋪層設(shè)計方案成為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的 關(guān)鍵所在，具有十分重要的工程意義。
[0003] 與單一鋪層厚度的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)不同，復(fù)雜形式的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)往往包括幾種不 同厚度的鋪層區(qū)域。在鋪層方案設(shè)計時，設(shè)計人員不僅關(guān)屯、鋪層區(qū)域內(nèi)的鋪層方案，而且需 要考慮相鄰區(qū)域之間的鋪層相容性，即保證相鄰區(qū)域復(fù)合材料鋪層的連續(xù)性。實際工程中， 鋪層相容性處理是通過將變截面處尺寸更厚的一段中的某一層或某幾層斷開來實現(xiàn)。斷層 的選擇通常全憑設(shè)計人員的工程經(jīng)驗，因此，對于缺乏經(jīng)驗的設(shè)計人員難W快速給出考慮 鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案。此外，憑借主觀經(jīng)驗得到的鋪層方案具有很大的隨機性， 不能保證鋪層方案是最優(yōu)的，運對于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是非常不利的。由于W往的復(fù) 合材料結(jié)構(gòu)鋪層設(shè)計過分依賴設(shè)計人員的工程經(jīng)驗，有限的備選方案縮小了復(fù)合材料結(jié)構(gòu) 的設(shè)計可行域，導(dǎo)致復(fù)合材料結(jié)構(gòu)性能降低，甚至可能需要進行大量的補償投入，造成損失 和浪費。因此，建立復(fù)合材料鋪層方案庫，為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供充分的設(shè)計可行域 顯得尤為重要。
[0004] 目前，針對復(fù)合材料鋪層相容性問題，還沒有發(fā)現(xiàn)考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪 層方案庫建庫方法。本發(fā)明采用整數(shù)編碼表示復(fù)合材料鋪層方案，并采用二進制數(shù)作為斷 層操作碼，斷層操作可實現(xiàn)程序化，借助計算機自動完成考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層 方案庫的創(chuàng)建，為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)鋪層方案設(shè)計提供了豐富的方案參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪 層方案庫建庫方法，實現(xiàn)復(fù)合材料鋪層厚度變化區(qū)域的有效過渡，為復(fù)合材料鋪層工藝設(shè) 計提供可行的鋪層方案，同時為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了保障。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案庫建庫 方法，該方法實現(xiàn)步驟如下：
[0007] 步驟一、采用整數(shù)對復(fù)合材料鋪層方案進行編碼，通過遍歷所有的組合得到復(fù)合 材料鋪層待定方案；
[0008] 步驟二、對步驟一建立的復(fù)合材料鋪層待定方案進行鋪層檢查，符合要求的鋪層 方案作為基本方案放入復(fù)合材料鋪層基本方案庫，即第一級復(fù)合材料鋪層方案庫；
[0009] 步驟=、根據(jù)第一級復(fù)合材料鋪層厚度變化區(qū)域的斷層要求，生成第一級待定斷 層操作碼；
[0010] 步驟四、對步驟=生成的待定斷層操作碼進行斷層檢查，符合要求的斷層操作碼 作為第一級斷層操作碼；
[0011] 步驟五、根據(jù)步驟四建立的第一級斷層操作碼，對步驟二建立的第一級復(fù)合材料 鋪層方案進行斷層操作，得到第二級復(fù)合材料鋪層待定方案；
[0012] 步驟六、對步驟五建立的第二級復(fù)合材料鋪層待定方案進行鋪層檢查，符合要求 的鋪層方案作為第二級復(fù)合材料鋪層方案放入第二級復(fù)合材料鋪層方案庫；
[0013] 步驟屯、針對第二級復(fù)合材料鋪層方案，重復(fù)步驟=、步驟四、步驟五和步驟六，分 別得到第二級待定斷層操作碼、第二級斷層操作碼、第=級復(fù)合材料鋪層待定方案和第= 級復(fù)合材料鋪層方案，W此類推，得到多級復(fù)合材料鋪層方案；
[0014] 步驟八、將各級方案庫中的復(fù)合材料鋪層方案進行整合，得到考慮鋪層相容性的 復(fù)合材料鋪層方案庫，該方案庫包含了所有滿足鋪層要求和工藝要求的復(fù)合材料鋪層方 案。
[001引其中，步驟一中采用整數(shù)巧，=1，2,…，而對復(fù)合材料鋪層方案進行編碼，巧為第 一級復(fù)合材料鋪層方案個數(shù)，整數(shù)中的每一位阿拉伯?dāng)?shù)字代表一種鋪層角度，整數(shù)編碼具 體表不為：
[0016]
[0017] 式中
婦第一級復(fù)合材料鋪層待定方案的整數(shù)編碼， 碼，02，…，代表一種鋪層角度，取值范圍為0~8，x = 9為編碼輔助位，位于整數(shù)的最高 位，不代表任何鋪層角度，m為第一級復(fù)合材料鋪層層數(shù)。因此，本發(fā)明方法要求復(fù)合材料 鋪層角度少于或者等于9種角度，對于鋪層層數(shù)沒有限制。
[0018] 其中，步驟二中對待定方案(? Ji =1，2，...，而的鋪層檢查包括各個角度鋪層層數(shù)和 鋪層工藝檢查，將待定方案整數(shù)編碼中相同的數(shù)字代數(shù)求和Sz,將連續(xù)出現(xiàn)的同一數(shù)字代 數(shù)求和忘^進一步計算得到Tz = Sz/Z巧
。如果滿足條件
則該待 定方案g符合各個角度鋪層層數(shù)和鋪層工藝要求，其中，Z為阿拉伯?dāng)?shù)字，r為各個角度鋪 層層數(shù)要求，^為同一種角度允許連續(xù)鋪設(shè)的最大層數(shù)。
[0019] 其中，步驟立中采用二進制數(shù)表示待定斷層操作碼巧J,=i，2，'.'，城，磁1為第一級 待定斷層操作碼個數(shù)，待定斷層操作碼的位數(shù)與步驟二建立的第一級復(fù)合材料鋪層方案整 數(shù)編碼的位數(shù)相同，二進制數(shù)編碼具體表示為：
[0020]
[0021] 式中
為第一級待定斷層操作的二進制數(shù)編碼，句為，…A,-I A, 代表需要執(zhí)行的斷層操作，取值范圍為0~1，其中，0代表保留操作，I代表斷層操作，y=l為 編碼輔助位，位于二進制數(shù)的最高位，無實際意義，m為第一級復(fù)合材料鋪層層數(shù)。
[0022] 其中，步驟四中對待定斷層操作碼Ji=I,2,…，的斷層檢查包括斷層層數(shù)和 斷層工藝檢查，將待定斷層操作碼中的數(shù)字1代數(shù)求和Sb,將連續(xù)出現(xiàn)的數(shù)字1代數(shù)求和4。 如果滿足條件
，則該待定斷層操作碼4符合斷層層數(shù)和斷層工藝要求， 其中，B為二進制數(shù)字1，巧為斷層層數(shù)要求，巧為允許連續(xù)斷層的最大層數(shù)。
[0023] 其中，步驟五中通過去除鋪層方案整數(shù)編碼的阿拉伯?dāng)?shù)字實現(xiàn)斷層操作，斷層操 作碼中的數(shù)字為1時，去除第一級復(fù)合材料鋪層方案整數(shù)編碼中對應(yīng)的阿拉伯?dāng)?shù)字;數(shù)字為 0時，保留第一級復(fù)合材料鋪層方案整數(shù)編碼中對應(yīng)的阿拉伯?dāng)?shù)字。
[0024] 其中，步驟八中按照級別順序，將各級復(fù)合材料鋪層方案編碼G,; ,?，…，G,;;...,。首 尾相接，整合為多級復(fù)合材料鋪層方案編碼Gi, i = l，2,…，N，N為復(fù)合材料鋪層方案個數(shù)， 進而得到考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案庫。
[0025] 目前，在理論研究方面，復(fù)合材料的鋪層設(shè)計通常采用離散優(yōu)化方法實現(xiàn)，需要通 過添加設(shè)計變量之間的約束條件解決鋪層相容性問題。當(dāng)鋪層過渡區(qū)增多時，需要添加的 約束就越復(fù)雜，在鋪層層數(shù)較多的情況下，運種處理鋪層相容性問題的方法并不真正實用。 此外，離散優(yōu)化時一般采用群智能優(yōu)化算法，如遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法等，運些算 法在尋優(yōu)捜索時具有很大的隨機性，要求提供充分的設(shè)計域。然而，目前的方法很難保證給 定的設(shè)計域是充分的。
[0026] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0027] (1)本發(fā)明提出了創(chuàng)建復(fù)合材料鋪層方案庫的新思路，將鋪層相容性問題在建庫 的過程中得到解決，避免了添加設(shè)計變量之間復(fù)雜的約束條件。在現(xiàn)有的技術(shù)中，還未見到 本發(fā)明方法及類似方法的報道。
[0028] (2)本發(fā)明可W處理復(fù)合材料鋪層厚度變化區(qū)域的鋪層相容性問題，通過采用逐 級斷層操作確保了相鄰厚度變化區(qū)域鋪層連續(xù)性，符合復(fù)合材料生產(chǎn)制造的工藝要求，本 發(fā)明方法獲得的復(fù)合材料鋪層方案具有可制造性；
[0029] (3)本發(fā)明采用整數(shù)編碼表示復(fù)合材料鋪層方案，并采用二進制數(shù)作為斷層操作 碼，斷層操作可實現(xiàn)程序化，可借助計算機自動完成考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案 的制定；
[0030] (4)本發(fā)明通過遍歷整數(shù)編碼組合得到復(fù)合材料鋪層基本方案，并W此為第一級 復(fù)合材料鋪層方案，逐級斷層獲得各級復(fù)合材料鋪層方案，最終形成的復(fù)合材料鋪層方案 庫包含了所有可行的鋪層方案，為復(fù)合材料鋪層工藝設(shè)計提供了豐富的方案參考，同時也 為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了準(zhǔn)確的、充分的設(shè)計可行域。
【附圖說明】
[0031 ]圖1是本發(fā)明方法實現(xiàn)流程圖；
[0032]圖2是本發(fā)明實例中存在鋪層相容性問題的復(fù)合材料蒙皮結(jié)構(gòu)；
[0033] 圖3是本發(fā)明實例中考慮鋪層相容性的復(fù)合材料蒙皮結(jié)構(gòu)鋪層方案示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖W及具體實施例進一步說明本發(fā)明。
[0035] 如圖1所示，本發(fā)明提出了一種考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案庫建庫方法， 其具體實現(xiàn)步驟是：
[0036] (1)采用整數(shù)巧，…，々,對復(fù)合材料鋪層方案進行編碼，馬為第一級復(fù)合材 料鋪層方案個數(shù)，整數(shù)編碼中的阿拉伯?dāng)?shù)字代表一種鋪層角度，整數(shù)編碼的位數(shù)比復(fù)合材 料鋪層方案的鋪層層數(shù)多1，整數(shù)編碼具體表示為：
[0037]
(I)
[003引式中，為第一級復(fù)合材料鋪層待定方案的整數(shù)編碼， …，"。,-1，0。,代表一種鋪層角度，取值范圍為0~8，^ = 9為編碼輔助位，位于整數(shù)的最高 位，不代表任何鋪層角度，m為第一級復(fù)合材料鋪層層數(shù)。因此，本發(fā)明方法要求復(fù)合材料 鋪層角度少于或者等于9種角度，對于鋪層層數(shù)沒有限制。例如：
[0039]
(2)
[0040] 式中：
；為第一級復(fù)合材料鋪層待定方案的整數(shù)編碼，0代表0°復(fù)合材 料鋪層，1代表45°復(fù)合材料鋪層，2代表60°復(fù)合材料鋪層，3代表90°復(fù)合材料鋪層，9作為編 碼輔助位，位于整數(shù)的最高位，不代表任何鋪層角度。
[0041] 遍歷所有的數(shù)字組合得到復(fù)合材料鋪層待定方案，由此可見，一個含有P種鋪層角 度、層數(shù)為q層的復(fù)合材料共計有pq種鋪層方案。然而，并非所有的方案都滿足鋪層要求，因 此，該步驟中得到的方案稱為待定方案。
[0042] (2)對步驟一建立的復(fù)合材料鋪層待定方案巧，/, =1，2,…，武,進行鋪層層數(shù)和鋪層 工藝檢查，按位提取待定方案整數(shù)編碼中的數(shù)字，將相同的數(shù)字代數(shù)求和，表示為：
[0043] Sz=EZ (3)
[0044] 式中，Sz為整數(shù)編碼中數(shù)字Z的代數(shù)和。
[0045] 將連續(xù)出現(xiàn)的同一數(shù)字代數(shù)求和，表示為：
[0046]
(4)
[0047] 式中，哀為整數(shù)編碼中連續(xù)出現(xiàn)的同一數(shù)字Z的代數(shù)和。
[0048] 對式(3)和式(4)分別進行如下計算
[0049]
巧)
[0化0]式中，Tz為整數(shù)編碼中數(shù)字Z的個數(shù);t為整數(shù)編碼中數(shù)字違連續(xù)出現(xiàn)的次數(shù)。
[0化1 ]如果滿足條件
，則該待定方案每:符合各個角度鋪層層數(shù)和鋪層 工藝要求，將該方案編碼記為巧!放入復(fù)合材料鋪層基本方案庫，當(dāng)所有的待定方案完成鋪 層檢查后，得到第一級復(fù)合材料鋪層方案庫馬，/'1= 1，2,…，W,，其中，巧'為各個角度鋪層層數(shù) 要求，r為同一種角度允許連續(xù)鋪設(shè)的最大層數(shù)，化為第一級復(fù)合材料鋪層方案個數(shù)。
[0052] (3)采用二進制數(shù)表示待定斷層操作碼巧 1，./,= 1，2,…，M,，浪1為第一級待定斷層操 作碼個數(shù)，待定斷層操作碼的位數(shù)與步驟二建立的第一級復(fù)合材料鋪層方案整數(shù)編碼的位 數(shù)相同，二進制數(shù)編碼具體表示為：
[0化3]
(6)
[0054]式中
^第一級待定斷層操作的二進制數(shù)編碼，&iA，… 代表需要執(zhí)行的斷層操作，取值范圍為0~1，其中，0代表保留操作，1代表斷層操作，y=l為 編碼輔助位，位于二進制數(shù)的最高位，無實際意義，m為第一級復(fù)合材料鋪層層數(shù)。例如： 整數(shù)編碼： （9) 1 0 0 1 2 0 3 =巧
[0 化 5] J 口） 斷層操作碼：("0 10 1 1 0 O =巧
[0056]式|||，巧=IOlOl 100為第一級待定斷層操作碼，0代表保留操作，1代表斷層操作， 最高位的1為編碼輔助位，無實際意義。由此可見，一個層數(shù)為q層的復(fù)合材料共計有29個斷 層操作碼。然而，并非所有的斷層操作碼都滿足斷層要求，因此，該步驟中得到的斷層操作 碼稱為待定斷層操作碼。
[0化7] (4)對步驟S生成的待定斷層操作碼A=I, 2,…，ii\進行斷層層數(shù)和斷層工藝 檢查，按位提取待定斷層操作碼中的數(shù)字，將數(shù)字1代數(shù)求和，表示為：
[005引 Sb=EB (8)
[0059] 式中，Sb為待定斷層操作碼中數(shù)字B=I的代數(shù)和。
[0060] 將連續(xù)出現(xiàn)的數(shù)字1代數(shù)求和，表示為：
[0061]
(9)
[0062] 式中，4為待定斷層操作碼中連續(xù)出現(xiàn)的數(shù)字J = I的代數(shù)和。
[0063] 如果滿足條件
則該待定斷層操作碼^符合斷層層數(shù)和斷層 工藝要求，將該斷層操作碼記為巧;，當(dāng)所有的待定斷層操作碼完成斷層檢查后，得到第一級 斷層操作碼巧，=U,…，妨1，其中，巧為斷層層數(shù)要求，攻為連續(xù)斷層的最大層數(shù)，化為第 一級斷層操作碼個數(shù)。
[0064] (5)根據(jù)步驟四建立的第一級斷層操作碼巧，i, =1，2，''，.>/|，對步驟二建立的第一 級復(fù)合材料鋪層方案，/,=：1，2,…，W進行斷層操作。按位判斷斷層操作碼與中的數(shù)字，當(dāng) 數(shù)字為1時，去除第一級復(fù)合材料鋪層方案整數(shù)編碼中對應(yīng)的阿拉伯?dāng)?shù)字；當(dāng)數(shù)字為加寸，保 留第一級復(fù)合材料鋪層方案整數(shù)編碼中對應(yīng)的阿拉伯?dāng)?shù)字，例如： (10)
[00 化]
[0066] 式中，巧=W腑n似為第一級復(fù)合材料鋪層方案的整數(shù)編碼，巧=1刖01.100為第一 級斷層操作碼，=91003為第二級復(fù)合材料鋪層待定方案的整數(shù)編碼。
[0067] 當(dāng)所有的第一級復(fù)合材料鋪層方案完成斷層操作后，得到第二級復(fù)合材料鋪層待 定方案巧&，4 = 1，2,…JVt，4 = 1，2,…，馬，為第二級復(fù)合材料待定鋪層方案個數(shù)。
[0068] 通過斷層操作，第一級整數(shù)編碼過渡到第二級整數(shù)編碼，由此可見，該步驟不但滿 足斷層要求，并且確保第二級復(fù)合材料鋪層與第一級復(fù)合材料鋪層具有相容性，從鋪層工 藝來講，解決了復(fù)合材料鋪層厚度變化區(qū)域的鋪層相容性問題。
[0069] (6)按照步驟二的方法對步驟五建立的第二級復(fù)合材料鋪層待定方案<^^進行鋪 層層數(shù)和鋪層工藝檢查，得到第二級復(fù)合材料鋪層方案庫馬4 =1，2,…，，化為第二級復(fù) 合材料鋪層方案個數(shù)。
[0070] (7)針對第二級復(fù)合材料鋪層方案巧,:，重復(fù)步驟S、步驟四、步驟五和步驟六，分 另峭到第二級待定斷層操作碼巧，大=I，2，..?，馬，第二級斷層操作碼巧，夫=1，2，-.，作，，第 S級復(fù)合材料鋪層待定方案礎(chǔ)&，4 =U,…，馬和第立級復(fù)合材料鋪層方案瑪， 4 =1，2,…，7V3,其中，益2為第二級待定斷層操作碼個數(shù)，M2為第二級斷層操作碼個數(shù)，馬為 第=級復(fù)合材料待定鋪層方案個數(shù)，化為第=級復(fù)合材料鋪層方案個數(shù)。W此類推，得到多 級復(fù)合材料鋪層方案庫。
[0071] (8)按照級別順序，將各級復(fù)合材料鋪層方案編碼巧;，…，(弓。..,。首尾相接，整 合為多級復(fù)合材料鋪層方案編碼Gi，i = 1，2，…，N，N為復(fù)合材料鋪層方案個數(shù)，進而得到考 慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案庫。
[0072] 實施例；
[0073] 1.結(jié)構(gòu)參數(shù)及復(fù)合材料鋪層工藝介紹
[0074] 為了更充分的了解該發(fā)明的特點及其對工程實際的適用性，本發(fā)明W圖2所示的 一段飛行器復(fù)合材料蒙皮結(jié)構(gòu)為例建立復(fù)合材料鋪層方案庫。飛行器復(fù)合材料蒙皮結(jié)構(gòu)由 一種織物材料按照3種角度對稱鋪設(shè)而成，3種角度分別為0°、-45°和+45°。根據(jù)設(shè)計方案， 蒙皮結(jié)構(gòu)劃分為3塊厚度不同的鋪層區(qū)域，從厚到薄分別為1區(qū)、2區(qū)和3區(qū)。在蒙皮結(jié)構(gòu)1區(qū) 和2區(qū)之間W及2區(qū)和3區(qū)之間存在復(fù)合材料鋪層厚度變化區(qū)，因此該蒙皮結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料 鋪層方案必須考慮鋪層相容性問題。此外，從復(fù)合材料鋪層工藝來講，應(yīng)避免同一角度的鋪 層數(shù)多于4層，并且不允許相鄰2層在同一位置斷層。3塊區(qū)域的復(fù)合材料鋪層信息列于表1。
[0075] 表 1
[0076]
[0077] 2.鋪層相容性處理
[0078] 飛行器復(fù)合材料蒙皮結(jié)構(gòu)在實際鋪層時，厚度變化區(qū)的鋪層相容性是通過將變截 面處尺寸更厚的一段中的某一層或者某幾層斷開來實現(xiàn)的，其過渡形式如圖3所示。圖3中 粗線處為斷點位置，因此其厚度的變化值應(yīng)該是復(fù)合材料單層厚度的整數(shù)倍。斷層后復(fù)合 材料蒙皮結(jié)構(gòu)仍然為對稱鋪層形式。
[0079] 由于相鄰兩個分區(qū)的鋪層要滿足相容性，因此，在鋪層實現(xiàn)上首先需要獲得蒙皮 結(jié)構(gòu)1區(qū)的鋪層方案，當(dāng)1區(qū)鋪層方案確定后，再依次確定2區(qū)和3區(qū)的鋪層方案。由表1可知， 復(fù)合材料蒙皮結(jié)構(gòu)1區(qū)的鋪層層數(shù)為12層，由于采用對稱鋪層形式，產(chǎn)生1區(qū)鋪層方案時，只 須給出6層的鋪層順序即可，因此經(jīng)過整數(shù)編碼后，蒙皮結(jié)構(gòu)1區(qū)是由7位整數(shù)組成的一種鋪 層方案，稱為第1級鋪層。蒙皮結(jié)構(gòu)2區(qū)的鋪層層數(shù)為8層，因此需要確定4層復(fù)合材料鋪層順 序，此4層鋪層順序是在1區(qū)鋪層方案的基礎(chǔ)上產(chǎn)生，即需要生成由5位整數(shù)組成的新的鋪 層，稱為第2級鋪層?？蒞看出，第2級鋪層與第1級鋪層相差2位阿拉伯?dāng)?shù)字，即在復(fù)合材料 鋪層上需要在此處斷開2層。在遵循斷層的原則及復(fù)合材料鋪層一般原則的基礎(chǔ)上，選出第 1級整數(shù)編碼的2個位數(shù)，將其在第1級鋪層上去掉，即形成了第2級鋪層。第2級鋪層的順序 與第1級鋪層相比，除去掉的2個鋪層W外，其它鋪層的順序是一致的。運樣可W確保蒙皮結(jié) 構(gòu)1區(qū)和2區(qū)的鋪層是相容的。
[0080] 在確定了蒙皮結(jié)構(gòu)2區(qū)的鋪層方案后，可W進一步確定蒙皮結(jié)構(gòu)3區(qū)的鋪層。蒙皮 結(jié)構(gòu)3區(qū)的鋪層層數(shù)為6層，因此需要確定3層復(fù)合材料鋪層順序，此3層鋪層順序是在2區(qū)鋪 層方案的基礎(chǔ)上產(chǎn)生，即需要生成由4位整數(shù)組成的新的鋪層，稱為第3級鋪層。可W看出， 第3級鋪層與第2級鋪層相差1位阿拉伯?dāng)?shù)字，即在復(fù)合材料鋪層上需要在此處斷開1層。同 樣在遵循斷層原則及復(fù)合材料鋪層一般原則的基礎(chǔ)上，選出第2級整數(shù)編碼的1個位數(shù)，將 其在第2級鋪層上去掉，即形成了第3級鋪層。第3級鋪層的順序與第2級鋪層相比，除去掉的 1個鋪層W外，其它鋪層的順序是一致的。運樣可W確保蒙皮結(jié)構(gòu)2區(qū)和3區(qū)的鋪層是相容 的。
[0081] 3.鋪層方案庫創(chuàng)建
[0082] 根據(jù)鋪層相容性處理方法，本實施例中只需建立蒙皮結(jié)構(gòu)的單側(cè)復(fù)合材料鋪層方 案庫。采用整數(shù)對蒙皮結(jié)構(gòu)1區(qū)鋪層方案進行編碼，用0代表0°復(fù)合材料鋪層，1代表-45°復(fù) 合材料鋪層，2代表45°復(fù)合材料鋪層。W鋪層方案[-45/45/-45/0/45/0 ] S為例，其整數(shù)編碼 的具體形式為：
[0083]
[0084] 式中，9作為編碼輔助位，位于整數(shù)的最高位，不代表任何鋪層角度。
[00財遍歷所有的數(shù)字組合得到3 6 = 7 2 9種第1級復(fù)合材料鋪層待定方案 ^ 4 = 1，2,…，36。表巧U出了第I級復(fù)合材料鋪層部分待定方案。
[00化]表2
[0088] 對第1級復(fù)合材料鋪層待定方案g，弓=1，表…，36進行鋪層層數(shù)和鋪層工藝檢查。 W待定方案& =900000巧日(?,, =9 ] 21020為例，根據(jù)步驟二可W分別得到：
[0089] 方案巧：
[0090] To = S 巧=5
[0091] Ti = l，《=l
[0092] T2 = 07； =0 [OOW] 方案瑞9;
[0094] To = 2./;, =I
[0095] Ti = 2,：T =I
[0096] T2 = 2t 二I
[0097] 由于蒙皮結(jié)構(gòu)I區(qū)復(fù)合材料鋪層要求哥=甲=巧常=皆=(6=4，方案礙不滿足鋪 層要求。而方案巧,。滿足鋪層要求，因此將每。作為第1級復(fù)合材料鋪層方案G;。經(jīng)過鋪層檢 查，共計得到90種第1級復(fù)合材料鋪層方案G;，i,=l，2,…，90。表3列出了第1級復(fù)合材料部分 鋪層方案。
[0098] 表 3
[0099]

'[0100]針對第I級復(fù)合材料鋪層方案，采用二進制數(shù)表示待定斷層操作碼，共計得到26=| 64個第1級待定斷層操作碼巧，乂 = 1，2，'''，:26。由鋪層相容性處理方法可知，需要在第1級鋪 層方案的基礎(chǔ)上斷開2層。W待定斷層操作碼巧=1000 OH和巧=1010100為例說明斷層檢 查，根據(jù)步驟四可W分別得到：
[0101] 操作碼巧;
[0102]
[0103]
[0104]
[01化]由于蒙皮結(jié)構(gòu)1區(qū)復(fù)合材料斷層要求巧=2，&=1，操作碼巧不滿足鋪層要求。而操 作碼每滿足鋪層要求，因此將每作為第1級斷層操作碼巧:。經(jīng)過斷層檢查，共計得到10種第 1級斷層操作碼巧，乂 =1，2,…，10。表4列出了第1級斷層操作碼。
[0106] 表4
[0107]
[0108] 根據(jù)表4中的第1級斷層操作碼巧，/1=1，2，-'，1〇，對表3中的第1級復(fù)合材料鋪層方案 嗎，.…，9〇進行斷層操作，共計得到54種第2級復(fù)合材料鋪層待定方案璋。去=1，2，"'， 54。 表5列出了第2級復(fù)合材料部分鋪層待定方案。
[0109] 表5 「01101

[0111] 對第2級復(fù)合材料鋪層待定方案巧&，V=1，2,…，54進行鋪層層數(shù)和鋪層工藝檢查。 W待定方案巧I=WO"和巧一)12!〇為例，根據(jù)步驟六可W分別得到：
[0112] 方案巧1;
[0113] To = =2
[0114] Ti = 2,fi =2
[0115] T2 = 〇f:=0
[0116] 方案巧33;
[0117] To=IT;, = 1
[011 引 Ti = 2，'^=1
[0119] 12=1?=!
[0120] 由于蒙皮結(jié)構(gòu)2區(qū)復(fù)合材料鋪層要^
:方案巧,不滿 足鋪層要求。而方案(^.;;滿足鋪層要求，因此將巧,;;作為第2級復(fù)合材料鋪層方案6^.,^。經(jīng)過 鋪層檢查，共計得到12種第2級復(fù)合材料鋪層方案Gf.,,=1，2，~，巧。表6列出了第2級復(fù)合 材料鋪層方案。
[0。1]表 6 r〇122l

[0123] 針對第2級復(fù)合材料鋪層方案，共計得到24= 16個第2級待定斷層操作碼f, ./:= 1.2,…，2^..由鋪層相容性處理方法可知，需要在第2級鋪層方案的基礎(chǔ)上斷開1層。經(jīng)過 斷層檢查，共計得到4種第2級斷層操作碼巧，./;= 1，2，或4。表7列出了第2級斷層操作碼。
[0124] 表7 rni9si
[0126] 根據(jù)表7中的第2級斷層操作碼/?，.片=1，2,3,4，對表6中的第2級復(fù)合材料鋪層方 案，/:=1，2,…，12進行斷層操作，共計得到12種第3級復(fù)合材料鋪層待定方案 (? ,3=1，2,…，12。同樣的，對第3級復(fù)合材料鋪層待定方案，進行鋪層檢查，共計得到6 種第3級復(fù)合材料鋪層方案Gt,.^，/; = 1，2,…，6。表8列出了第3級復(fù)合材料鋪層方案。
[0127] 表8 [012 引
[0129] 將表3、表6和表8中的復(fù)合材料鋪層方案編碼首尾相接，整合為3級復(fù)合材料鋪層 方案編碼Gi。WC4、巧7和為例，最終的復(fù)合材料鋪層方案編碼的具體形式為：
[0130]
[0131] 使用本發(fā)明方法最終得到了蒙皮結(jié)構(gòu)的所有復(fù)合材料鋪層方案，可W直接用一個 二維數(shù)組來表示蒙皮結(jié)構(gòu)的所有復(fù)合材料鋪層方案，其中，每一行代表一種鋪層方案，行數(shù) 代表蒙皮結(jié)構(gòu)的鋪層方案個數(shù)。表9列出了蒙皮結(jié)構(gòu)鋪層方案庫中任意巧中鋪層方案。
[0132] 表9
[0133]
[0134] 針對飛行器復(fù)合材料蒙皮結(jié)構(gòu)，采用本發(fā)明方法建立復(fù)合材料鋪層方案庫，獲得 滿足設(shè)計要求的所有鋪層方案，運些鋪層方案均考慮了蒙皮結(jié)構(gòu)1區(qū)、2區(qū)和3區(qū)之間的鋪層 相容性問題，從而為復(fù)合材料蒙皮結(jié)構(gòu)鋪層設(shè)計提供豐富的方案參考，同時也為復(fù)合材料 蒙皮結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供準(zhǔn)確的設(shè)計可行域。W上實例驗證了本發(fā)明方法建立考慮鋪層相容 性的復(fù)合材料鋪層方案庫的可行性和優(yōu)越性。
[0135] W上僅是本發(fā)明的具體步驟，對本發(fā)明的保護范圍不構(gòu)成任何限制。
[0136] 本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【主權(quán)項】
1. 一種考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案庫建庫方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下： 步驟一、采用整數(shù)對復(fù)合材料鋪層方案進行編碼，通過遍歷所有的組合得到復(fù)合材料 鋪層待定方案； 步驟二、對步驟一建立的復(fù)合材料鋪層待定方案進行鋪層檢查，符合要求的鋪層方案 作為基本方案放入復(fù)合材料鋪層基本方案庫，即第一級復(fù)合材料鋪層方案庫； 步驟三、根據(jù)第一級復(fù)合材料鋪層厚度變化區(qū)域的斷層要求，生成第一級待定斷層操 作碼； 步驟四、對步驟三生成的待定斷層操作碼進行斷層檢查，符合要求的斷層操作碼作為 第一級斷層操作碼； 步驟五、根據(jù)步驟四建立的第一級斷層操作碼，對步驟二建立的第一級復(fù)合材料鋪層 方案進行斷層操作，得到第二級復(fù)合材料鋪層待定方案； 步驟六、對步驟五建立的第二級復(fù)合材料鋪層待定方案進行鋪層檢查，符合要求的鋪 層方案作為第二級復(fù)合材料鋪層方案放入第二級復(fù)合材料鋪層方案庫； 步驟七、針對第二級復(fù)合材料鋪層方案，重復(fù)步驟三、步驟四、步驟五和步驟六，分別得 到第二級待定斷層操作碼、第二級斷層操作碼、第三級復(fù)合材料鋪層待定方案和第三級復(fù) 合材料鋪層方案，以此類推，得到多級復(fù)合材料鋪層方案庫； 步驟八、將各級方案庫中的復(fù)合材料鋪層方案進行整合，得到考慮鋪層相容性的復(fù)合 材料鋪層方案庫，該方案庫包含了所有滿足鋪層要求和工藝要求的復(fù)合材料鋪層方案。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案庫建庫方法，其特 征在于:步驟一中采用整數(shù)錢4 = 戈對復(fù)合材料鋪層方案進行編碼，或為第一級復(fù) 合材料鋪層待定方案個數(shù)，整數(shù)中的每一位阿拉伯?dāng)?shù)字代表一種鋪層角度，整數(shù)編碼g具 體表示為：式中，Vl…七巧為第一級復(fù)合材料鋪層待定方案的整數(shù)編碼，心…，VpS 代表一種鋪層角度，取值范圍為〇~8，Χ = 9為編碼輔助位，位于整數(shù)的最高位，不代表任何 鋪層角度，m為第一級復(fù)合材料鋪層層數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案庫建庫方法，其特 征在于:步驟二中對待定方案的鋪層檢查包括各個角度鋪層層數(shù)和鋪層工藝檢查，符合要 求的鋪層方案編碼記為G 1 =1,2,…，M W1為第一級復(fù)合材料鋪層方案個數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案庫建庫方法，其特 征在于:步驟三中采用二進制數(shù)表示待定斷層操作碼巧Z 1 = 1,2,…,A1，,^^為第一級待定斷 層操作碼個數(shù)，待定斷層操作碼的位數(shù)與步驟二建立的第一級復(fù)合材料鋪層方案整數(shù)編碼 的位數(shù)相同，二進制數(shù)編碼具體表示為：式中，^ 為第一級待定斷層操作的二進制數(shù)編碼，代表 需要執(zhí)行的斷層操作，取值范圍為O~1，其中，O代表保留操作，1代表斷層操作，y = l為編碼 輔助位，位于二進制數(shù)的最高位，無實際意義，m為第一級復(fù)合材料鋪層層數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案庫建庫方法，其特 征在于:步驟四中對待定斷層操作碼的斷層檢查包括斷層層數(shù)和斷層工藝檢查，復(fù)合要求 的斷層操作碼記為Λ =1,2,···,/^，Ml為第一級斷層操作碼個數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案庫建庫方法，其特 征在于:步驟五中的斷層操作通過去除鋪層方案整數(shù)編碼的阿拉伯?dāng)?shù)字實現(xiàn)，斷層操作碼 中的數(shù)字為1時，去除第一級復(fù)合材料鋪層方案整數(shù)編碼中對應(yīng)的阿拉伯?dāng)?shù)字;數(shù)字為〇時， 保留第一級復(fù)合材料鋪層方案整數(shù)編碼中對應(yīng)的阿拉伯?dāng)?shù)字。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮鋪層相容性的復(fù)合材料鋪層方案庫建庫方法，其特 征在于:步驟八中按照級別順序，將各級復(fù)合材料鋪層方案編碼戌,(? ,…，首尾相接， 整合為多級復(fù)合材料鋪層方案編碼Gi，i = 1，2，…，N，N為復(fù)合材料鋪層方案個數(shù)。
【文檔編號】G06F17/50GK106021654SQ201610301987
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】邱志平, 呂 崢, 王曉軍, 朱靜靜, 李曉, 孫佳麗, 夏海軍
【申請人】北京航空航天大學(xué)