等效碳纤维层压板尺寸优化设计了位移、失效、应变和应变能四种响应,其中,将位移、失效和应变能响应转化为尺寸优化设计的约束响应,因此应变能最小化就成为了优化目标响应。同时,考虑到弹翼因为拉弯和拉剪等耦合因素造成的翘曲,本文层压板必须设计为均衡对称的层压板;所以在尺寸优化设计阶段我们需要将层压板Laminate的属性从Smear修改为SymmetricSmear,即对称铺层且忽略顺序,因为顺序是最后优化所需的工作。由于尺寸优化阶段的文件要向顺序优化过度,所以需要在controlcards设置output为SZTOSH(从尺寸优化到顺序优化)。经过迭代优化计算,图4.4(a~d)为尺寸优化后的结果:
图4.4(a) 尺寸优化厚度分布云图
图4.4(b) 尺寸优化位移云图
图4.4(c) 尺寸优化应变云图
图4.4(d) 尺寸优化失效系数云图
等效碳纤维复合材料层压板尺寸优化后的结构性能大幅度提升,翼尖位移从32.91mm降低到23.67mm,由此可见层压板刚度提升了很多;最大主应变由7961μ降到7378??,同时层压板失效系数也远小于1。等效层压板尺寸优化设计后,等效弹翼的结构强度、刚度等技术指标进一步得到提升。
4.3 顺序优化
本文在第二阶段尺寸优化的结果上添加2个工艺约束:第一,最大相同角度铺层不超过4层;第二,最外层铺设±45°铺层。并且,顺序优化阶段的Laminate属性设置为Symmetric,保证优化的铺层顺序为上下对称铺设。基于OptiStruct顺序优化阶段考虑了全局的响应和所有的约束,图4.5(a~c)展示了等效弹翼层压板最终的优化结果:
图4.5(a) 顺序优化后层压板位移云图
图4.5(b) 顺序优化后层压板应变云图
图4.5(c) 顺序优化后层压板失效系数云图
图4.6 等效层压板顺序优化后铺层角度和顺序