基于差分进化算法的复合材料层合板优化设计

玻璃钢/复合材料 ›› 2018, Vol. 0 ›› Issue (10): 70-75.

基于差分进化算法的复合材料层合板优化设计

马森¹, 赵启林²

1.陆军工程大学野战工程学院,南京210007;
2.南京工业大学机械与动力工程学院,南京211800

收稿日期:2018-04-03 出版日期:2018-10-28 发布日期:2018-10-28
作者简介:马森(1989-),男,博士研究生,研究方向为复合材料结构力学、复合材料结构优化设计,mesir1989@sina.com。
基金资助:
复合材料预紧力齿连接的关键力学问题与传力机理研究(11372355)

OPTIMIZATION OF THE LAMINATED COMPOSITE PLATE BASED ON DIFFERENTIAL EVOLUTION ALGORITHM

MA Sen¹, ZHAO Qi-lin²

1.College of Field Engineering, The Army Engineering University of PLA, Nanjing 210007, China;
2.School of Mechanical and Power Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing 211800, China

Received:2018-04-03 Online:2018-10-28 Published:2018-10-28

摘要/Abstract

摘要： 对考虑层数和铺层角变量的复合材料层合板质量最小化优化设计问题进行了研究。通过对问题进行分析,发现目标函数的分布受层数搜索区间的影响较大,容易导致优化设计陷入局部最优解,以及目标函数与层数之间存在线性关系。针对以上特点,提出基于进化机制的自适应搜索空间差分进化算法,在利用该算法解决层合板优化设计问题时,搜索区间会随着种群的进化而缩小,有利于算法逐渐收敛到全局最优解。最后通过实验验证了该算法在解决层合板优化设计问题时具有较好的全局收敛性。

关键词: 复合材料层合板, 铺层数, 铺层角度, 优化, 差分进化算法

Abstract: The minimum weight design of the laminated composite plate with the number of plies and ply orientations considered as design variables is performed. Analyses of the characteristics of the optimization problem are carried out. Focusing on the characteristics of the optimization problem, an improved evolutionary algorithm is proposed. In the improved evolutionary algorithm, the search interval shrinks with the evolutionary process, and individuals in the population gather around the global optimal point gradually. Test examples show that the proposed algorithm has excellent global search ability.

Key words: laminated composite plate, the number of plies, ply orientation, optimization, differential evolu-
tion algorithm

中图分类号:

TB332

马森, 赵启林. 基于差分进化算法的复合材料层合板优化设计[J]. 玻璃钢/复合材料, 2018, 0(10): 70-75.

MA Sen, ZHAO Qi-lin. OPTIMIZATION OF THE LAMINATED COMPOSITE PLATE BASED ON DIFFERENTIAL EVOLUTION ALGORITHM[J]. Fiber Reinforced Plastics/Composites, 2018, 0(10): 70-75.

参考文献

[1] Vincenti A, Vannucci P, Ahmadian M R. Optimization of laminated composites by using genetic algorithm and the polar description of plane anisotropy[J]. Mechanics of Advanced Materials & Structures, 2013, 20(3): 242-255.
[2] Schmit L A, Farshi B. Optimum laminate design for strength and stiffness[J]. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 1973, 7(4): 519-536.
[3] Schmit L A, Farshi B. Optimum design of laminated fibre composite plates[J]. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 1977, 11(4): 623-640.
[4] Jing Z, Fan X, Sun Q. Stacking sequence optimization of composite laminates for maximum buckling load using permutation search algorithm[J]. Composite Structures, 2015, 121(121): 225-236.
[5] Aydin L, Artem H S. Multiobjective genetic algorithm optimization of the composite laminates as a satellite structure material for coefficient of thermal expansion and elastic modulus[C]//International Confer-ence on Recent Advances in Space Technologies. IEEE, 2009: 114-119.
[6] Rocha I B C M, Jr E P, Melo A M C. A hybrid shared/distributed memory parallel genetic algorithm for optimization of laminate composites[J]. Composite Structures, 2014, 107(1): 288-297.
[7] Lopez, Holdorfluersen R, Niocursi M A, et al. Optimization of hybrid laminated composites using a genetic algorithm[J]. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences & Engineering, 2009, 31(3): 269-278.
[8] Almeida F S, Awruch A M. Design optimization of composite laminated structures using genetic algorithms and finite element analysis[J]. Composite Structures, 2009, 88(3): 443-454.
[9] Kaletta P, Wolf K. Optimisation of composite aircraft panels using evolutionary computation methods[C]//Proceeding of ICAS 2000 Congress, Harrogate, UK. 2000: 1-10.
[10] Muelas S, Pena J M, Robles V, et al. Optimizing the design of composite panels using an improved genetic algorithm[C]. //Proceeding of the International Conference on Engineering Optimization (EngOpt′08). COPPE/UFRJ, 2008.
[11] Storn R, Price K. Differential evolution-a simple and efficient heuristic for global optimization over continuous spaces[J]. Journal of Global Optimization, 1997, 11(4): 341-359.
[12] 沈观林,胡更开. 复合材料力学[M]. 北京: 清华大学出版社,
2006.
[13] Rajeev S, Krishnamoorthy C S. Discrete optimization of structures using genetic algorithms[J]. Journal of structural engineering, 1992, 118(5): 1233-1250.

[1]	赵雄翔, 孙鹏文, 李建东. 基于应变能的风力机叶片铺层结构优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 20-24.
[2]	冯钰茹, 王军利, 张宝军, 刘志远, 李金洋, 张宝升. 复合材料叶片建模及铺层参数对强度的影响分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 25-31.
[3]	闫金顺, 孙鹏文, 马志坤, 赵雄翔, 董新洪. 幂函数过滤函数不同参数对层合板拓扑优化收敛率的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(6): 5-9.
[4]	杨智勇, 刘清念, 孙建波, 解永杰, 左小彪, 张建宝. 铺层角度偏差对曲面复合材料层合板形面轮廓的影响分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(6): 17-26.
[5]	闫金顺, 孙鹏文, 赵雄翔, 马志坤, 于泽林. 考虑隐式约束的复合材料层合板分区优化方法[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(5): 61-65.
[6]	何振鹏, 邓殿凯, 刘国峰, 孙爱俊, 钱俊泽, 黎柏春, 胡艺馨, 杨帆. 基于内聚力模型的复合材料裂纹扩展研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(1): 5-12.
[7]	田可可, 李成, 胡春幸, 郭建. 基于响应面法的CFRP层合板挖补修理结构的单目标优化[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(9): 22-30.
[8]	梁力, 纪小飞, 孟兆康, 陈西锋. 基于刚柔耦合动力学仿真的起落架舱门优化[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(6): 45-51.
[9]	王军利, 李庆庆, 陆正午, 雷帅, 李托雷, 沈楠. 复合材料铺层角度对大展弦比机翼非线性气动弹性影响研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(5): 12-20.
[10]	马森, 赵启林, 施丽铭, 单成之. 基于改进差分进化算法的复合材料结构优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(3): 14-20.
[11]	孙坤, 赵文忠, 张晨晖, 刘明昌, 李建伟, 高琦, 许培伦. 用于雷达天线的国产碳纤维预浸料成型工艺优化及配套材料优选[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(12): 66-72.
[12]	沈浩杰, 陈刚, 夏杨. 某型无人机复合材料机翼结构尺寸优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(12): 82-88.
[13]	吕佳镁, 马贵春, 郭靖宇, 李云浩, 郑俊旺, 王政. 基于温度场的热压罐成型模具优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(11): 82-87.
[14]	马森, 赵启林, 柯敏勇, 施丽铭, 穆思奇. 基于分区域优化模型的复合材料纺锤杆结构优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(1): 13-18.
[15]	邵家儒, 张月月, 曾宪君, 刘牛. 复合材料机身壁板连接分析及轻量化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(1): 28-34.