針對復(fù)合材料加筋板結(jié)構(gòu)的布局和鋪層優(yōu)化問題，發(fā)展了一種二級優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。第一級采用基于近似模型技術(shù)的布局優(yōu)化方法，以筋條形式、個數(shù)、截面形狀和鋪層厚度作為設(shè)計(jì)變量，以結(jié)構(gòu)質(zhì)量最輕為目標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)加筋板結(jié)構(gòu)布局形式和截面尺寸的布局優(yōu)化；第二級借助于等效彎曲剛度法和遺傳算法，考慮層合板的制造和工藝約束，以層合板的各鋪層角作為設(shè)計(jì)變量，以層合板彎曲剛度系數(shù)與上一級優(yōu)化所給最優(yōu)彎曲剛度系數(shù)之間的誤差最小為目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料加筋板在固定鋪層層數(shù)下的鋪層順序優(yōu)化：在二級優(yōu)化的基礎(chǔ)上。通過協(xié)調(diào)穩(wěn)定性約束，實(shí)現(xiàn)綜合優(yōu)化。算例表明：采用二級優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，可以很好地實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料加筋板的布局優(yōu)化設(shè)計(jì)。

       航空航天結(jié)構(gòu)、風(fēng)力發(fā)電葉片等的質(zhì)量是重要的性能指標(biāo)之一。復(fù)合材料加筋板結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等性能的綜合平衡。己被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)翼面結(jié)構(gòu)、大尺寸葉片主梁區(qū)結(jié)構(gòu)等。復(fù)合材料加筋板結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)日益受到研究者關(guān)注。

       近年來，國內(nèi)外研究人員大多采用數(shù)值分析方法進(jìn)行加筋板優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。Blair等人將快速建模方法應(yīng)用于翼面結(jié)構(gòu)初始設(shè)計(jì)階段。進(jìn)行結(jié)構(gòu)的布局設(shè)計(jì)。張仲禎等人將Patran參數(shù)化建模與Isight優(yōu)化軟件相結(jié)合，提出了同時考慮布局優(yōu)化和尺寸優(yōu)化的兩級優(yōu)化方法。由于代理模型技術(shù)可以減少計(jì)算量，Rikards、張柱國等將代理模型技術(shù)引用到了加筋板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，提高了優(yōu)化效率。近些年來，國內(nèi)外眾多學(xué)者將遺傳算法應(yīng)用于復(fù)合材料的鋪層順序優(yōu)化。遺傳算法可以比較容易地解決鋪層順序的組合優(yōu)化問題，但是鋪層還要受到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等方面的影響，另外當(dāng)鋪層數(shù)量較多時，優(yōu)化分析時間十分巨大，幾乎沒有工程實(shí)用價值。針對這一問題，國內(nèi)外一些學(xué)者提出通過引入層合板的鋪層厚度和彎曲剛度參數(shù)作為中間設(shè)計(jì)變量，實(shí)現(xiàn)層合板鋪層順序的優(yōu)化。

       可以看出，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)靈活且復(fù)雜，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃法或準(zhǔn)則法很難解決這類問題。為了克服這些困難，本文發(fā)展了一種二級優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，以減小問題求解規(guī)模，實(shí)現(xiàn)尺寸、布局和鋪層的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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