(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210811495.0 (22)申请日 2022.07.11 (71)申请人 湖南大学 地址 410082 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路1号 (72)发明人 杨刚　姚晨辉　张哲　胡德安　 (74)专利代理 机构 北京律谱知识产权代理有限 公司 11457 专利代理师 黄云铎 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 111/04(2020.01)G06F 119/02(2020.01) G06F 111/06(2020.01) (54)发明名称 一种基于ANSYS二次开发的复合装甲结构 优 化方法 (57)摘要 本发明是一种基于ANSYS二次开发的复合装 甲结构可靠性优化设计方法， 首先对ANSYS/ LSDYNA以及LSPREPOS T等有限元软件进行二次开 发， 完成复合装甲结构受到侵彻时有限元过程的 参数化设计以及相关参量的数据提取。 在此基础 上， 构建复合装甲结构因素、 弹甲接触因素与装 甲结构防护性能及其他性能之间的代理模型。 最 后在考虑到侵彻条件具有不确定的情况下， 以装 甲结构轻量化设计为目标、 防护性能及其他性能 为约束条件， 采用可靠性优化方法对复合装甲结 构进行优化 设计。 该方法使 得复合装甲结构的设 计优化从简易的正交试验、 单因素试验等方法中 摆脱出来， 利用代理模型的方法高效且准确的获 取在整个设计空间域内最佳的结构参数组合， 从 而为复合装甲结构的实际应用提供参 考价值。 权利要求书2页 说明书10页 附图4页 CN 114996880 A 2022.09.02 CN 114996880 A 1.一种基于ANSYS二次开发的复合装甲结构可靠性优化设计方法， 其特征在于， 所述复 合装甲结构可靠性优化设计方法包括以下步骤： 步骤1、 根据复合装甲结构优化设计要求以及装甲抗侵彻条件建立装甲抗侵彻有限元 模型； 步骤2、 利用二次开发技术对装甲抗侵彻有限元模型开展参数化设计， 进行设计变量的 设定及目标变量的提取； 步骤3、 利用最优拉丁超立方方法在设计变量的范围内生成一定数量的设计变量初始 样本点， 并利用装甲抗侵彻有限元模型的参数化流程提取各设计变量初始样本点对应的目 标变量； 步骤4、 根据一定数量的设计变量和目标变量， 利用代理模型方法生成初始性能函数， 并不断更新优化代理模型获得性能函数； 步骤5、 采用SORA方法对复合装甲结构进行可靠性优化设计， 直至满足优化收敛准则， 获得局部空间域内最佳的设计 变量组合。 2.根据权利要求1所述复合装甲结构可靠性优化设计方法， 其特征在于， 在步骤1中， 所 述装甲抗侵彻 有限元模型包括前处 理阶段、 求 解阶段和后处 理阶段： 前处理阶段进行三维几何模型的单元类型、 材料属性、 接触条件、 约束条件和初始条件 的设置， 并导出 K文件和LO G文件； 其中， 单元类型选择八节点六面体SOLID164单元， 金属材料属性选择JohnCook材料模 型和EOS状态方程， 非金属材料属性选择对应的材料本构和参数； 接触条件为 弹体或装甲本 身不同结构设置为自动面对面接触； 约束条件设置为复合装甲四周或底部为固定约束； 初 始条件设置为弹体的初始速度； 求解阶段对前处理 阶段获得K文件进行求解的控制设定、 接触设定及输出设定， 将修改 后的K文件导入LS DYNA求解模块中， 生成D3PLOT 文件； 后处理阶段为利用LSPREPOST软件打开D3PLOT文件提取侵彻前后弹体的速度变化曲线 或装甲被侵彻方向最大位移变化曲线， 并导出弹体的速度或位移历史输出变量文件。 3.根据权利要求1所述复合装甲结构可靠性优化设计方法， 其特征在于， 在步骤2中， 包 括以下步骤： 步骤21， 利用MATLAB程序对步骤1生成的LOG文件进行设计变量的变量定义和命令行的 调整， 生成AP DL命令流文件； 步骤22， 利用MATLAB程序将生成的APDL命令流文件导入ANSYS  LSDYNA的前处理模块， 并自动生成用于求 解的K文件； 步骤23， 利用MATLAB程序对K文件进行求解的控制设定、 接触设定及输出设定， 并将修 改后的K文件导入到ANSYS  LSDYNA的求 解模块生成D3PLOT 文件； 步骤24， 利用MATLAB程序将生成的D3PLOT文件利用LSPREPOST的宏命令导入到 LSPREPOST并生成目标变量的历史输出 数据； 步骤25， 利用MATLAB程序对目标变量的输出 数据进行查找和提取， 获得目标变量结果。 4.根据权利要求3所述复合装甲结构可靠性优化设计方法， 其特征在于， 在步骤2中， 所 述设计变量包括第一复合层厚度、 第二复合层厚度、 弹体入射速度和弹体入射角度； 所述目标变量在复合装甲被贯穿的情况下为侵彻物侵彻装甲后的剩余速度， 在复合装权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114996880 A 2甲被未贯 穿的情况 下为装甲 的变形量。 5.根据权利要求1所述复合装甲结构可靠性优化设计方法， 其特征在于， 在步骤4中， 采 用Kriging代理模 型方法， 利用自适应方法中改进期 望量最大准则， 结合复合装甲抗侵彻模 型参数化流程， 动态更新拟合精度较差样本空间域内的样本点， 获取符合精度要求的代理 模型。 6.根据权利要求1所述复合装甲结构可靠性优化设计方法， 其特征在于， 在步骤5 中， 对 复合装甲进行可靠性优化设计时以复合装甲的质量函数为目标函数， 抗侵彻性能及其他性 能函数为概率性约束条件， 并考虑到装甲结构因素和弹甲接触因素 的不确定性， 在设定的 样本域内对复合装甲开展可靠性优化设计， 获得综合 性能最佳的复合装甲。 7.根据权利要求5所述复合装甲结构可靠性优化设计方法， 其特征在于， 在步骤4中， Kriging代理模型 方法具体的公式表达如下： 其中， y(x)是Kriging代理模型； Y(x)是样本点x的预测值； fi(x)是样本点设计变量的基 函数； βi是基函数系数； 是Y(x)的数学期望， 反映了y(x)的总体趋势； Z(x)是 均值为零的静态随机过程。 8.根据权利要求7所述复合装甲结构可靠性优化设计方法， 其特征在于， 在步骤4中， 期 望量最大准则是通过在期 望改进量最大的样本空间补充样本点， 从而提高代理模型的整体 精度， 样本点响应值 提高量的概 率密度函数为： 其中， σY2表示Y(x)的方差， σY表示Y(x)的标准差， ymin表示样本点的最小响应值， 表 示y(x)的均值； 响应值提高量的期望值 为： 再通过分部积分可知： 式中： Φ和 分别是标准正态分布的累积分布函数和概 率密度函数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114996880 A 3