1.一种复合材料储氢瓶结构优化方法,其特征在于,包括:获取所述储氢瓶的力学性能参数,所述力学性能参数包括弹性模量 、剪切模量 ;
将所述力学性能参数输入预先构建好的渐进损伤模型,通过环境修正函数调整所述力学性能参数以获得所述储氢瓶在不同工况下的力学性能参数,通过模拟所述储氢瓶在不同使用工况下的损伤演化,得到损伤变量D的变化趋势、所述储氢瓶的使用寿命和剩余强度R;
基于所述储氢瓶在不同工况下的力学性能参数、损伤变量D的变化趋势、储氢瓶的使用寿命和剩余强度R,对所述储氢瓶进行结构参数设计,所述结构参数包括壁厚 、层数n、纤维角度 ,包括:对壁厚 进行设计,公式为: ,其中,C为常数系数, 为在壁厚下的有效应变,p为损伤指数,L为储氢瓶长度,为沿着储氢瓶的长度方向的微小增量;
对层数n进行设计,公式为: , ,
其中,表示与材料性能相关的常数,p为损伤指数, 表示瓶体在使用过程中由于损伤累积后的剩余强度,T表示温度,H表示湿度;
对纤维角度 进行设计,公式为: ,
其中,C2表示与材料性能相关的常数, 为与纤维角度 相关的有效应变,表示纤维角度的小幅变化,p为损伤指数,T表示温度,H表示湿度;
通过非支配排序遗传算法NSGA‑II、模拟退火算法和梯度下降法对设计后的所述结构参数进行优化得到最优结构参数;
对所述最优结构参数进行数值仿真、实验验证和敏感性分析以确保通过所述最优结构参数设计的储氢瓶在实际工作环境中的安全性和鲁棒性。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料储氢瓶结构优化方法,其特征在于,通过环境修正函数调整所述力学性能参数以获得所述储氢瓶在不同工况下的力学性能参数,包括:温度T和湿度H对弹性模量 和剪切模量 的修正函数分别为 ,,通过所述修正函数对所述力学性能参数进行得到修正后的力学性能参数: , ,其中,T为温度,H为湿度,为温度修正系数,为标准环境温度,为湿度修正系数,H为当前湿度,为标准环境湿度。
3.根据权利要求2所述的一种复合材料储氢瓶结构优化方法,其特征在于,通过模拟所述储氢瓶在不同使用工况下的损伤演化,得到损伤变量D的变化趋势和所述储氢瓶的使用寿命和剩余强度R,包括:模拟损伤在复合材料中的传播和积累,通过追踪复合材料的有效应变 与失效应变的比值更新复合材料的损伤状态,公式为 ,其中,D是损伤变量,损伤变量D取值范围为0‑1,D=0表示没有损伤,D=1表示复合材料已经完全失效;有效应变 由复合材料的应变分量加权得到,公式为 ,其中,为复合材料的权重因子,为各方向上的应变分量;
通过损伤演化公式和损伤增量公式捕捉损失过程得到损伤变量D的变化趋势,公式为:, , ,
其中, 为第n+1次加载后的损伤值,为第n次加载后的损伤值, 为当前加载循环引起的损伤增量,C为复合材料的常数系数,p为损伤增量的指数;
通过计算损伤后的复合材料强度得到储氢瓶的剩余强度R,公式为: ,其中,为初始材料强度,D为当前损伤状态;
通过计算复合材料达到临界损伤状态所需的循环次数 得到所述储氢瓶的使用寿命,公式为: ,其中, 为失效时的损伤值,为初始损伤值。
4.根据权利要求3所述的一种复合材料储氢瓶结构优化方法,其特征在于,通过非支配排序遗传算法NSGA‑II、模拟退火算法和梯度下降法对设计后的所述结构参数进行优化得到最优结构参数,包括:通过非支配排序遗传算法NSGA‑II对所述结构参数进行迭代优化,得到Pareto解集,所述Pareto解集包括多个所述结构参数的取值,其中,所述Pareto解集满足:解 是非支配解,当且仅当不存在另一个解 使得:,且存在至少一个目标 ,
其中, 是第 个目标函数,m是目标数量;
所述Pareto解集还满足预设优化目标,所述预设优化目标为:,
,
,
其中: , , ;
为质量约束,表示瓶体的质量需最小化,Mass表示质量;
为强度约束,用以确保瓶体的剩余强度满足最小要求,Threshold Strength表示强度阈值;
为寿命约束,用以确保瓶体的使用寿命满足最小要求,Threshold Lifetime表示寿命阈值;
通过模拟退火算法对目标函数进行更新,以扩大所述Pareto解集范围,更新公式为:,
其中, 表示目标函数的变化量,T表示当前温度,初始温度为高温并逐步降温,降温速率为 ,为降温因子,取值范围为0.8‑0.99;
所述目标函数包括:质量最小化目标函数: ,强度最大化目标函数:,使用寿命最大化目标函数: ,其中,Mass表示质量,Strength表示强度,Lifetime表示寿命;
通过梯度下降法对扩大范围后的所述Pareto解集进行局部优化得到最优结构参数,公式为: ,其中,为学习率, 为目标函数的梯度。