一种考虑铺层相容性的复合材料铺层方案库建库方法
【专利摘要】本发明公开了一种考虑铺层相容性的复合材料铺层方案库建库方法，该方法首先采用整数对复合材料铺层方案进行编码，通过遍历所有的组合建立复合材料铺层基本方案库，即第一级复合材料铺层方案库，采用二进制数作为断层操作码，进而在第一级复合材料铺层方案的基础上通过断层操作得到第二级复合材料铺层方案库，依次执行断层操作，可以得到多级复合材料铺层方案库。本发明可以获得满足铺层相容性要求的复合材料铺层方案库，实现复合材料铺层厚度变化区域的有效过渡，为复合材料铺层工艺设计提供可行的铺层方案，同时为复合材料结构优化设计奠定了基础。
【专利说明】
-种考虑铺层相容性的复合材料铺层方案库建库方法
技术领域
[0001] 本发明主要是适用于具有一种铺层材料并存在铺层相容性问题的复合材料铺层 方案的制定，具体设及一种考虑铺层相容性的复合材料铺层方案库建库方法。
【背景技术】
[0002] 鉴于复合材料高比强度、高比刚度的优越性，现代航空航天、汽车等工业领域中复 合材料结构的使用率越来越大，应用范围也从次承力结构逐步扩展到主承力结构。据报道， 波音公司设计生产的B787全机结构复合材料覆盖率达到50%，其机翼部件复合材料覆盖率 更是高达90% W上。复合材料结构设计较之前传统金属结构在设计难度、工作量上都大幅 度增加，而受到复合材料特有的铺层相容性及铺层工艺的影响，复合材料结构铺层方案设 计严重滞后于结构方案设计。因此，如何快速获得铺层设计方案成为复合材料结构设计的 关键所在，具有十分重要的工程意义。
[0003] 与单一铺层厚度的复合材料结构不同，复杂形式的复合材料结构往往包括几种不 同厚度的铺层区域。在铺层方案设计时，设计人员不仅关屯、铺层区域内的铺层方案，而且需 要考虑相邻区域之间的铺层相容性，即保证相邻区域复合材料铺层的连续性。实际工程中， 铺层相容性处理是通过将变截面处尺寸更厚的一段中的某一层或某几层断开来实现。断层 的选择通常全凭设计人员的工程经验，因此，对于缺乏经验的设计人员难W快速给出考虑 铺层相容性的复合材料铺层方案。此外，凭借主观经验得到的铺层方案具有很大的随机性， 不能保证铺层方案是最优的，运对于复合材料结构优化设计是非常不利的。由于W往的复 合材料结构铺层设计过分依赖设计人员的工程经验，有限的备选方案缩小了复合材料结构 的设计可行域，导致复合材料结构性能降低，甚至可能需要进行大量的补偿投入，造成损失 和浪费。因此，建立复合材料铺层方案库，为复合材料结构优化设计提供充分的设计可行域 显得尤为重要。
[0004] 目前，针对复合材料铺层相容性问题，还没有发现考虑铺层相容性的复合材料铺 层方案库建库方法。本发明采用整数编码表示复合材料铺层方案，并采用二进制数作为断 层操作码，断层操作可实现程序化，借助计算机自动完成考虑铺层相容性的复合材料铺层 方案库的创建，为复合材料结构铺层方案设计提供了丰富的方案参考。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种考虑铺层相容性的复合材料铺 层方案库建库方法，实现复合材料铺层厚度变化区域的有效过渡，为复合材料铺层工艺设 计提供可行的铺层方案，同时为复合材料结构优化设计提供了保障。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供的一种考虑铺层相容性的复合材料铺层方案库建库 方法，该方法实现步骤如下：
[0007] 步骤一、采用整数对复合材料铺层方案进行编码，通过遍历所有的组合得到复合 材料铺层待定方案；
[0008] 步骤二、对步骤一建立的复合材料铺层待定方案进行铺层检查，符合要求的铺层 方案作为基本方案放入复合材料铺层基本方案库，即第一级复合材料铺层方案库；
[0009] 步骤=、根据第一级复合材料铺层厚度变化区域的断层要求，生成第一级待定断 层操作码；
[0010] 步骤四、对步骤=生成的待定断层操作码进行断层检查，符合要求的断层操作码 作为第一级断层操作码；
[0011] 步骤五、根据步骤四建立的第一级断层操作码，对步骤二建立的第一级复合材料 铺层方案进行断层操作，得到第二级复合材料铺层待定方案；
[0012] 步骤六、对步骤五建立的第二级复合材料铺层待定方案进行铺层检查，符合要求 的铺层方案作为第二级复合材料铺层方案放入第二级复合材料铺层方案库；
[0013] 步骤屯、针对第二级复合材料铺层方案，重复步骤=、步骤四、步骤五和步骤六，分 别得到第二级待定断层操作码、第二级断层操作码、第=级复合材料铺层待定方案和第= 级复合材料铺层方案，W此类推，得到多级复合材料铺层方案；
[0014] 步骤八、将各级方案库中的复合材料铺层方案进行整合，得到考虑铺层相容性的 复合材料铺层方案库，该方案库包含了所有满足铺层要求和工艺要求的复合材料铺层方 案。
[001引其中，步骤一中采用整数巧，=1，2,…，而对复合材料铺层方案进行编码，巧为第 一级复合材料铺层方案个数，整数中的每一位阿拉伯数字代表一种铺层角度，整数编码具 体表不为：
[0016]
[0017] 式中
妇第一级复合材料铺层待定方案的整数编码， 码，02，…，代表一种铺层角度，取值范围为0~8，x = 9为编码辅助位，位于整数的最高 位，不代表任何铺层角度，m为第一级复合材料铺层层数。因此，本发明方法要求复合材料 铺层角度少于或者等于9种角度，对于铺层层数没有限制。
[0018] 其中，步骤二中对待定方案(? Ji =1，2，...，而的铺层检查包括各个角度铺层层数和 铺层工艺检查，将待定方案整数编码中相同的数字代数求和Sz,将连续出现的同一数字代 数求和忘^进一步计算得到Tz = Sz/Z巧
。如果满足条件
则该待 定方案g符合各个角度铺层层数和铺层工艺要求，其中，Z为阿拉伯数字，r为各个角度铺 层层数要求，^为同一种角度允许连续铺设的最大层数。
[0019] 其中，步骤立中采用二进制数表示待定断层操作码巧J,=i，2，'.'，城，磁1为第一级 待定断层操作码个数，待定断层操作码的位数与步骤二建立的第一级复合材料铺层方案整 数编码的位数相同，二进制数编码具体表示为：
[0020]
[0021] 式中
为第一级待定断层操作的二进制数编码，句為，…A,-I A, 代表需要执行的断层操作，取值范围为0~1，其中，0代表保留操作，I代表断层操作，y=l为 编码辅助位，位于二进制数的最高位，无实际意义，m为第一级复合材料铺层层数。
[0022] 其中，步骤四中对待定断层操作码Ji=I,2,…，的断层检查包括断层层数和 断层工艺检查，将待定断层操作码中的数字1代数求和Sb,将连续出现的数字1代数求和4。 如果满足条件
，则该待定断层操作码4符合断层层数和断层工艺要求， 其中，B为二进制数字1，巧为断层层数要求，巧为允许连续断层的最大层数。
[0023] 其中，步骤五中通过去除铺层方案整数编码的阿拉伯数字实现断层操作，断层操 作码中的数字为1时，去除第一级复合材料铺层方案整数编码中对应的阿拉伯数字;数字为 0时，保留第一级复合材料铺层方案整数编码中对应的阿拉伯数字。
[0024] 其中，步骤八中按照级别顺序，将各级复合材料铺层方案编码G,; ,?，…，G,;;...,。首 尾相接，整合为多级复合材料铺层方案编码Gi, i = l，2,…，N，N为复合材料铺层方案个数， 进而得到考虑铺层相容性的复合材料铺层方案库。
[0025] 目前，在理论研究方面，复合材料的铺层设计通常采用离散优化方法实现，需要通 过添加设计变量之间的约束条件解决铺层相容性问题。当铺层过渡区增多时，需要添加的 约束就越复杂，在铺层层数较多的情况下，运种处理铺层相容性问题的方法并不真正实用。 此外，离散优化时一般采用群智能优化算法，如遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等，运些算 法在寻优捜索时具有很大的随机性，要求提供充分的设计域。然而，目前的方法很难保证给 定的设计域是充分的。
[0026] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0027] (1)本发明提出了创建复合材料铺层方案库的新思路，将铺层相容性问题在建库 的过程中得到解决，避免了添加设计变量之间复杂的约束条件。在现有的技术中，还未见到 本发明方法及类似方法的报道。
[0028] (2)本发明可W处理复合材料铺层厚度变化区域的铺层相容性问题，通过采用逐 级断层操作确保了相邻厚度变化区域铺层连续性，符合复合材料生产制造的工艺要求，本 发明方法获得的复合材料铺层方案具有可制造性；
[0029] (3)本发明采用整数编码表示复合材料铺层方案，并采用二进制数作为断层操作 码，断层操作可实现程序化，可借助计算机自动完成考虑铺层相容性的复合材料铺层方案 的制定；
[0030] (4)本发明通过遍历整数编码组合得到复合材料铺层基本方案，并W此为第一级 复合材料铺层方案，逐级断层获得各级复合材料铺层方案，最终形成的复合材料铺层方案 库包含了所有可行的铺层方案，为复合材料铺层工艺设计提供了丰富的方案参考，同时也 为复合材料结构优化设计提供了准确的、充分的设计可行域。
【附图说明】
[0031 ]图1是本发明方法实现流程图；
[0032]图2是本发明实例中存在铺层相容性问题的复合材料蒙皮结构；
[0033] 图3是本发明实例中考虑铺层相容性的复合材料蒙皮结构铺层方案示意图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图W及具体实施例进一步说明本发明。
[0035] 如图1所示，本发明提出了一种考虑铺层相容性的复合材料铺层方案库建库方法， 其具体实现步骤是：
[0036] (1)采用整数巧，…，々,对复合材料铺层方案进行编码，馬为第一级复合材 料铺层方案个数，整数编码中的阿拉伯数字代表一种铺层角度，整数编码的位数比复合材 料铺层方案的铺层层数多1，整数编码具体表示为：
[0037]
(I)
[003引式中，为第一级复合材料铺层待定方案的整数编码， …，"。,-1，0。,代表一种铺层角度，取值范围为0~8，^ = 9为编码辅助位，位于整数的最高 位，不代表任何铺层角度，m为第一级复合材料铺层层数。因此，本发明方法要求复合材料 铺层角度少于或者等于9种角度，对于铺层层数没有限制。例如：
[0039]
(2)
[0040] 式中：
；为第一级复合材料铺层待定方案的整数编码，0代表0°复合材 料铺层，1代表45°复合材料铺层，2代表60°复合材料铺层，3代表90°复合材料铺层，9作为编 码辅助位，位于整数的最高位，不代表任何铺层角度。
[0041] 遍历所有的数字组合得到复合材料铺层待定方案，由此可见，一个含有P种铺层角 度、层数为q层的复合材料共计有pq种铺层方案。然而，并非所有的方案都满足铺层要求，因 此，该步骤中得到的方案称为待定方案。
[0042] (2)对步骤一建立的复合材料铺层待定方案巧，/, =1，2,…，武,进行铺层层数和铺层 工艺检查，按位提取待定方案整数编码中的数字，将相同的数字代数求和，表示为：
[0043] Sz=EZ (3)
[0044] 式中，Sz为整数编码中数字Z的代数和。
[0045] 将连续出现的同一数字代数求和，表示为：
[0046]
(4)
[0047] 式中，哀为整数编码中连续出现的同一数字Z的代数和。
[0048] 对式(3)和式(4)分别进行如下计算
[0049]
巧)
[0化0]式中，Tz为整数编码中数字Z的个数;t为整数编码中数字違连续出现的次数。
[0化1 ]如果满足条件
，则该待定方案每:符合各个角度铺层层数和铺层 工艺要求，将该方案编码记为巧!放入复合材料铺层基本方案库，当所有的待定方案完成铺 层检查后，得到第一级复合材料铺层方案库马，/'1= 1，2,…，W,，其中，巧'为各个角度铺层层数 要求，r为同一种角度允许连续铺设的最大层数，化为第一级复合材料铺层方案个数。
[0052] (3)采用二进制数表示待定断层操作码巧 1，./,= 1，2,…，M,，浪1为第一级待定断层操 作码个数，待定断层操作码的位数与步骤二建立的第一级复合材料铺层方案整数编码的位 数相同，二进制数编码具体表示为：
[0化3]
(6)
[0054]式中
^第一级待定断层操作的二进制数编码，&iA，… 代表需要执行的断层操作，取值范围为0~1，其中，0代表保留操作，1代表断层操作，y=l为 编码辅助位，位于二进制数的最高位，无实际意义，m为第一级复合材料铺层层数。例如： 整数编码： （9) 1 0 0 1 2 0 3 =巧
[0 化 5] J 口） 断层操作码：("0 10 1 1 0 O =巧
[0056]式|||，巧=IOlOl 100为第一级待定断层操作码，0代表保留操作，1代表断层操作， 最高位的1为编码辅助位，无实际意义。由此可见，一个层数为q层的复合材料共计有29个断 层操作码。然而，并非所有的断层操作码都满足断层要求，因此，该步骤中得到的断层操作 码称为待定断层操作码。
[0化7] (4)对步骤S生成的待定断层操作码A=I, 2,…，ii\进行断层层数和断层工艺 检查，按位提取待定断层操作码中的数字，将数字1代数求和，表示为：
[005引 Sb=EB (8)
[0059] 式中，Sb为待定断层操作码中数字B=I的代数和。
[0060] 将连续出现的数字1代数求和，表示为：
[0061]
(9)
[0062] 式中，4为待定断层操作码中连续出现的数字J = I的代数和。
[0063] 如果满足条件
则该待定断层操作码^符合断层层数和断层 工艺要求，将该断层操作码记为巧;，当所有的待定断层操作码完成断层检查后，得到第一级 断层操作码巧，=U,…，妨1，其中，巧为断层层数要求，攻为连续断层的最大层数，化为第 一级断层操作码个数。
[0064] (5)根据步骤四建立的第一级断层操作码巧，i, =1，2，''，.>/|，对步骤二建立的第一 级复合材料铺层方案，/,=：1，2,…，W进行断层操作。按位判断断层操作码与中的数字，当 数字为1时，去除第一级复合材料铺层方案整数编码中对应的阿拉伯数字；当数字为加寸，保 留第一级复合材料铺层方案整数编码中对应的阿拉伯数字，例如： (10)
[00 化]
[0066] 式中，巧=W腑n似为第一级复合材料铺层方案的整数编码，巧=1刖01.100为第一 级断层操作码，=91003为第二级复合材料铺层待定方案的整数编码。
[0067] 当所有的第一级复合材料铺层方案完成断层操作后，得到第二级复合材料铺层待 定方案巧&，4 = 1，2,…JVt，4 = 1，2,…，馬，为第二级复合材料待定铺层方案个数。
[0068] 通过断层操作，第一级整数编码过渡到第二级整数编码，由此可见，该步骤不但满 足断层要求，并且确保第二级复合材料铺层与第一级复合材料铺层具有相容性，从铺层工 艺来讲，解决了复合材料铺层厚度变化区域的铺层相容性问题。
[0069] (6)按照步骤二的方法对步骤五建立的第二级复合材料铺层待定方案<^^进行铺 层层数和铺层工艺检查，得到第二级复合材料铺层方案库马4 =1，2,…，，化为第二级复 合材料铺层方案个数。
[0070] (7)针对第二级复合材料铺层方案巧,:，重复步骤S、步骤四、步骤五和步骤六，分 另峭到第二级待定断层操作码巧，大=I，2，..?，馬，第二级断层操作码巧，夫=1，2，-.，作，，第 S级复合材料铺层待定方案礎&，4 =U,…，馬和第立级复合材料铺层方案瑪， 4 =1，2,…，7V3,其中，益2为第二级待定断层操作码个数，M2为第二级断层操作码个数，馬为 第=级复合材料待定铺层方案个数，化为第=级复合材料铺层方案个数。W此类推，得到多 级复合材料铺层方案库。
[0071] (8)按照级别顺序，将各级复合材料铺层方案编码巧;，…，(弓。..,。首尾相接，整 合为多级复合材料铺层方案编码Gi，i = 1，2，…，N，N为复合材料铺层方案个数，进而得到考 虑铺层相容性的复合材料铺层方案库。
[0072] 实施例；
[0073] 1.结构参数及复合材料铺层工艺介绍
[0074] 为了更充分的了解该发明的特点及其对工程实际的适用性，本发明W图2所示的 一段飞行器复合材料蒙皮结构为例建立复合材料铺层方案库。飞行器复合材料蒙皮结构由 一种织物材料按照3种角度对称铺设而成，3种角度分别为0°、-45°和+45°。根据设计方案， 蒙皮结构划分为3块厚度不同的铺层区域，从厚到薄分别为1区、2区和3区。在蒙皮结构1区 和2区之间W及2区和3区之间存在复合材料铺层厚度变化区，因此该蒙皮结构的复合材料 铺层方案必须考虑铺层相容性问题。此外，从复合材料铺层工艺来讲，应避免同一角度的铺 层数多于4层，并且不允许相邻2层在同一位置断层。3块区域的复合材料铺层信息列于表1。
[0075] 表 1
[0076]
[0077] 2.铺层相容性处理
[0078] 飞行器复合材料蒙皮结构在实际铺层时，厚度变化区的铺层相容性是通过将变截 面处尺寸更厚的一段中的某一层或者某几层断开来实现的，其过渡形式如图3所示。图3中 粗线处为断点位置，因此其厚度的变化值应该是复合材料单层厚度的整数倍。断层后复合 材料蒙皮结构仍然为对称铺层形式。
[0079] 由于相邻两个分区的铺层要满足相容性，因此，在铺层实现上首先需要获得蒙皮 结构1区的铺层方案，当1区铺层方案确定后，再依次确定2区和3区的铺层方案。由表1可知， 复合材料蒙皮结构1区的铺层层数为12层，由于采用对称铺层形式，产生1区铺层方案时，只 须给出6层的铺层顺序即可，因此经过整数编码后，蒙皮结构1区是由7位整数组成的一种铺 层方案，称为第1级铺层。蒙皮结构2区的铺层层数为8层，因此需要确定4层复合材料铺层顺 序，此4层铺层顺序是在1区铺层方案的基础上产生，即需要生成由5位整数组成的新的铺 层，称为第2级铺层。可W看出，第2级铺层与第1级铺层相差2位阿拉伯数字，即在复合材料 铺层上需要在此处断开2层。在遵循断层的原则及复合材料铺层一般原则的基础上，选出第 1级整数编码的2个位数，将其在第1级铺层上去掉，即形成了第2级铺层。第2级铺层的顺序 与第1级铺层相比，除去掉的2个铺层W外，其它铺层的顺序是一致的。运样可W确保蒙皮结 构1区和2区的铺层是相容的。
[0080] 在确定了蒙皮结构2区的铺层方案后，可W进一步确定蒙皮结构3区的铺层。蒙皮 结构3区的铺层层数为6层，因此需要确定3层复合材料铺层顺序，此3层铺层顺序是在2区铺 层方案的基础上产生，即需要生成由4位整数组成的新的铺层，称为第3级铺层。可W看出， 第3级铺层与第2级铺层相差1位阿拉伯数字，即在复合材料铺层上需要在此处断开1层。同 样在遵循断层原则及复合材料铺层一般原则的基础上，选出第2级整数编码的1个位数，将 其在第2级铺层上去掉，即形成了第3级铺层。第3级铺层的顺序与第2级铺层相比，除去掉的 1个铺层W外，其它铺层的顺序是一致的。运样可W确保蒙皮结构2区和3区的铺层是相容 的。
[0081] 3.铺层方案库创建
[0082] 根据铺层相容性处理方法，本实施例中只需建立蒙皮结构的单侧复合材料铺层方 案库。采用整数对蒙皮结构1区铺层方案进行编码，用0代表0°复合材料铺层，1代表-45°复 合材料铺层，2代表45°复合材料铺层。W铺层方案[-45/45/-45/0/45/0 ] S为例，其整数编码 的具体形式为：
[0083]
[0084] 式中，9作为编码辅助位，位于整数的最高位，不代表任何铺层角度。
[00财遍历所有的数字组合得到3 6 = 7 2 9种第1级复合材料铺层待定方案 ^ 4 = 1，2,…，36。表巧U出了第I级复合材料铺层部分待定方案。
[00化]表2
[0088] 对第1级复合材料铺层待定方案g，弓=1，表…，36进行铺层层数和铺层工艺检查。 W待定方案& =900000巧日(?,, =9 ] 21020为例，根据步骤二可W分别得到：
[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] 由于蒙皮结构I区复合材料铺层要求哥=甲=巧常=皆=(6=4，方案碍不满足铺 层要求。而方案巧,。满足铺层要求，因此将每。作为第1级复合材料铺层方案G;。经过铺层检 查，共计得到90种第1级复合材料铺层方案G;，i,=l，2,…，90。表3列出了第1级复合材料部分 铺层方案。
[0098] 表 3
[0099]
'[0100]针对第I级复合材料铺层方案，采用二进制数表示待定断层操作码，共计得到26=| 64个第1级待定断层操作码巧，乂 = 1，2，'''，:26。由铺层相容性处理方法可知，需要在第1级铺 层方案的基础上断开2层。W待定断层操作码巧=1000 OH和巧=1010100为例说明断层检 查，根据步骤四可W分别得到：
[0101] 操作码巧;
[0102]
[0103]
[0104]
[01化]由于蒙皮结构1区复合材料断层要求巧=2，&=1，操作码巧不满足铺层要求。而操 作码每满足铺层要求，因此将每作为第1级断层操作码巧:。经过断层检查，共计得到10种第 1级断层操作码巧，乂 =1，2,…，10。表4列出了第1级断层操作码。
[0106] 表4
[0107]
[0108] 根据表4中的第1级断层操作码巧，/1=1，2，-'，1〇，对表3中的第1级复合材料铺层方案 吗，.…，9〇进行断层操作，共计得到54种第2级复合材料铺层待定方案璋。去=1，2，"'， 54。 表5列出了第2级复合材料部分铺层待定方案。
[0109] 表5 「01101
[0111] 对第2级复合材料铺层待定方案巧&，V=1，2,…，54进行铺层层数和铺层工艺检查。 W待定方案巧I=WO"和巧一)12!〇为例，根据步骤六可W分别得到：
[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] 由于蒙皮结构2区复合材料铺层要^
:方案巧,不满 足铺层要求。而方案(^.;;满足铺层要求，因此将巧,;;作为第2级复合材料铺层方案6^.,^。经过 铺层检查，共计得到12种第2级复合材料铺层方案Gf.,,=1，2，~，巧。表6列出了第2级复合 材料铺层方案。
[0。1]表 6 r〇122l
[0123] 针对第2级复合材料铺层方案，共计得到24= 16个第2级待定断层操作码f, ./:= 1.2,…，2^..由铺层相容性处理方法可知，需要在第2级铺层方案的基础上断开1层。经过 断层检查，共计得到4种第2级断层操作码巧，./;= 1，2，或4。表7列出了第2级断层操作码。
[0124] 表7 rni9si
[0126] 根据表7中的第2级断层操作码/?，.片=1，2,3,4，对表6中的第2级复合材料铺层方 案，/:=1，2,…，12进行断层操作，共计得到12种第3级复合材料铺层待定方案 (? ,3=1，2,…，12。同样的，对第3级复合材料铺层待定方案，进行铺层检查，共计得到6 种第3级复合材料铺层方案Gt,.^，/; = 1，2,…，6。表8列出了第3级复合材料铺层方案。
[0127] 表8 [012 引
[0129] 将表3、表6和表8中的复合材料铺层方案编码首尾相接，整合为3级复合材料铺层 方案编码Gi。WC4、巧7和为例，最终的复合材料铺层方案编码的具体形式为：
[0130]
[0131] 使用本发明方法最终得到了蒙皮结构的所有复合材料铺层方案，可W直接用一个 二维数组来表示蒙皮结构的所有复合材料铺层方案，其中，每一行代表一种铺层方案，行数 代表蒙皮结构的铺层方案个数。表9列出了蒙皮结构铺层方案库中任意巧中铺层方案。
[0132] 表9
[0133]
[0134] 针对飞行器复合材料蒙皮结构，采用本发明方法建立复合材料铺层方案库，获得 满足设计要求的所有铺层方案，运些铺层方案均考虑了蒙皮结构1区、2区和3区之间的铺层 相容性问题，从而为复合材料蒙皮结构铺层设计提供丰富的方案参考，同时也为复合材料 蒙皮结构优化设计提供准确的设计可行域。W上实例验证了本发明方法建立考虑铺层相容 性的复合材料铺层方案库的可行性和优越性。
[0135] W上仅是本发明的具体步骤，对本发明的保护范围不构成任何限制。
[0136] 本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。
【主权项】
1. 一种考虑铺层相容性的复合材料铺层方案库建库方法，其特征在于实现步骤如下： 步骤一、采用整数对复合材料铺层方案进行编码，通过遍历所有的组合得到复合材料 铺层待定方案； 步骤二、对步骤一建立的复合材料铺层待定方案进行铺层检查，符合要求的铺层方案 作为基本方案放入复合材料铺层基本方案库，即第一级复合材料铺层方案库； 步骤三、根据第一级复合材料铺层厚度变化区域的断层要求，生成第一级待定断层操 作码； 步骤四、对步骤三生成的待定断层操作码进行断层检查，符合要求的断层操作码作为 第一级断层操作码； 步骤五、根据步骤四建立的第一级断层操作码，对步骤二建立的第一级复合材料铺层 方案进行断层操作，得到第二级复合材料铺层待定方案； 步骤六、对步骤五建立的第二级复合材料铺层待定方案进行铺层检查，符合要求的铺 层方案作为第二级复合材料铺层方案放入第二级复合材料铺层方案库； 步骤七、针对第二级复合材料铺层方案，重复步骤三、步骤四、步骤五和步骤六，分别得 到第二级待定断层操作码、第二级断层操作码、第三级复合材料铺层待定方案和第三级复 合材料铺层方案，以此类推，得到多级复合材料铺层方案库； 步骤八、将各级方案库中的复合材料铺层方案进行整合，得到考虑铺层相容性的复合 材料铺层方案库，该方案库包含了所有满足铺层要求和工艺要求的复合材料铺层方案。2. 根据权利要求1所述的一种考虑铺层相容性的复合材料铺层方案库建库方法，其特 征在于:步骤一中采用整数錢4 = 戈对复合材料铺层方案进行编码，或为第一级复 合材料铺层待定方案个数，整数中的每一位阿拉伯数字代表一种铺层角度，整数编码g具 体表示为：式中，Vl…七巧为第一级复合材料铺层待定方案的整数编码，心…，VpS 代表一种铺层角度，取值范围为〇~8，Χ = 9为编码辅助位，位于整数的最高位，不代表任何 铺层角度，m为第一级复合材料铺层层数。3. 根据权利要求1所述的一种考虑铺层相容性的复合材料铺层方案库建库方法，其特 征在于:步骤二中对待定方案的铺层检查包括各个角度铺层层数和铺层工艺检查，符合要 求的铺层方案编码记为G 1 =1,2,…，M W1为第一级复合材料铺层方案个数。4. 根据权利要求1所述的一种考虑铺层相容性的复合材料铺层方案库建库方法，其特 征在于:步骤三中采用二进制数表示待定断层操作码巧Z 1 = 1,2,…,A1，,^^为第一级待定断 层操作码个数，待定断层操作码的位数与步骤二建立的第一级复合材料铺层方案整数编码 的位数相同，二进制数编码具体表示为：式中，^ 为第一级待定断层操作的二进制数编码，代表 需要执行的断层操作，取值范围为O~1，其中，O代表保留操作，1代表断层操作，y = l为编码 辅助位，位于二进制数的最高位，无实际意义，m为第一级复合材料铺层层数。5. 根据权利要求1所述的一种考虑铺层相容性的复合材料铺层方案库建库方法，其特 征在于:步骤四中对待定断层操作码的断层检查包括断层层数和断层工艺检查，复合要求 的断层操作码记为Λ =1,2,···,/^，Ml为第一级断层操作码个数。6. 根据权利要求1所述的一种考虑铺层相容性的复合材料铺层方案库建库方法，其特 征在于:步骤五中的断层操作通过去除铺层方案整数编码的阿拉伯数字实现，断层操作码 中的数字为1时，去除第一级复合材料铺层方案整数编码中对应的阿拉伯数字;数字为〇时， 保留第一级复合材料铺层方案整数编码中对应的阿拉伯数字。7. 根据权利要求1所述的一种考虑铺层相容性的复合材料铺层方案库建库方法，其特 征在于:步骤八中按照级别顺序，将各级复合材料铺层方案编码戌,(? ,…，首尾相接， 整合为多级复合材料铺层方案编码Gi，i = 1，2，…，N，N为复合材料铺层方案个数。
【文档编号】G06F17/50GK106021654SQ201610301987
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】邱志平, 吕 峥, 王晓军, 朱静静, 李晓, 孙佳丽, 夏海军
【申请人】北京航空航天大学