王子豪1,万春华2,聂小华2,常亮2,胡祎乐3
摘要: 多钉铆接作为飞机结构关键紧固工艺之一,对飞机结构整体承载能力具有重要影响。传统设计优化方法在高维数据处理、计算成本控制与工程实用性平衡方面存在局限。本文提出一种基于条件生成对抗网络(CGAN)的多钉铆接结构设计优化方法,通过将物理规律、轻量化目标与工程约束融入深度学习模型,实现高效协同优化。针对纯数据驱动模型易违背力学原理的缺陷,将多钉载荷分布与剪切破坏判定条件嵌入CGAN生成器损失函数;为实现结构轻量化设计,在构建生成器损失函数时考虑多钉结构质量最小化。此外,神经网络模型中加入了工程制造约束,确保生成的设计参数符合制造可行性要求。建立基于Johnson-Cook本构与失效准则的有限元模型,经试验结果校准后,形成“试验-仿真”融合数据集,覆盖更广泛的参数范围。引入Wasserstein距离防止梯度归零或爆炸,提高神经网络训练稳定性。训练结果显示,生成器与判别器可达成稳定对抗平衡,强度与重量损失函数均收敛,验证了模型对“强度-轻量化”多目标的协同优化能力。在多钉铆接结构拉伸工况下,通过自动优化铆钉直径、排布参数及被连接件厚度,实现满足强度设计要求的结构减重9%以上,并能够在300ms时间内生成优化设计方案。研究表明本文提出的CGAN优化方法可快速生成符合工程实际的结构优化设计方案,大幅缩短设计周期、降低研发成本,为飞机多钉铆接结构的高性能、轻量化设计提供全新的技术手段。
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