[发明专利]一种连续纤维增强复合材料零件变厚度铺层参数化设计方法

说明书

本发明公开了一种连续纤维增强复合材料零件变厚度铺层参数化设计方法，包括：根据待铺层零件在使用工况中的受载变形特性规划铺层分区；确定分区边界线的端点位置参数l及分区边界线的形状参数v；根据每个分区的铺层厚度确定每个分区的铺层数量参数n；确定每次铺层的局部共享铺层分区参数R；其中，所述局部共享铺层分区参数R为连续铺层能够同时覆盖的分区的情况；确定共享铺层的铺设角度θ；其中，θ＝0°，45°，‑45°或90°；采用连续纤维增强复合材料，并且根据端点位置参数l、形状参数v、铺层数量参数n、分区参数R和铺设角度θ对所述待铺层的零件进行铺层。

技术领域

本发明属于连续纤维增强复合材料零件技术领域，特别涉及一种连续纤维增强复合材料零件变厚度铺层参数化设计方法。

背景技术

纤维增强复合材料比强度、比刚度大、抗冲击吸能性好。随着碳纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维材料的快速发展，成本不断降低，以及纤维增强复合材料快速成型工艺的发展，纤维增强复合材料在汽车、航空航天、风电以及体育用品等工程领域的应用越来越广泛。尤其是连续纤维增强复合材料的应用前景更加广阔，为充分利用连续纤维增强复合材料的可设计性，复合材料零件通常被设计成具有多个不同厚度分区。每个厚度分区的铺层设计方案都不相同，以满足对零件不同的性能要求，并实现结构效率的最大化。由于变厚度铺层设计变量维度较高且形式各异，如果不对零件变厚度铺层进行参数化设计，就很难在结构优化设计时，对零件在不同优化任务中铺层设计变量进行自动更新迭代，只能根据某个优化任务的优化计算结果来手动修改零件的铺层设计，并将修改后的铺层设计方案代入结构模型，再进行下个优化任务的分析计算，从而导致优化迭代时间大幅增加，计算效率显著降低，无法综合考虑各设计变量对结构性能的交互影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续纤维增强复合材料零件变厚度铺层参数化设计方法，通过对l、v、n、R、θ5个参数进行设计得到铺层方案，能有效提高连续纤维增强复合材料结构的设计效率，提高材料利用率。

本发明提供的技术方案为：

一种连续纤维增强复合材料零件变厚度铺层参数化设计方法，包括：

根据待铺层零件在使用工况中的受载变形特性规划铺层分区；

确定分区边界线的端点位置参数l及分区边界线的形状参数v；

根据每个分区的铺层厚度确定每个分区的铺层数量参数n；

确定每次铺层的局部共享铺层分区参数R；

其中，所述局部共享铺层分区参数R为连续铺层能够同时覆盖的分区的情况；

确定共享铺层的铺设角度θ；

其中，θ＝0°，45°，-45°或90°；

采用连续纤维增强复合材料，并且根据端点位置参数l、形状参数v、铺层数量参数n、分区参数R和铺设角度θ对所述待铺层的零件进行铺层。

优选的是，当所述待铺层零件为板类零件时，对待铺层的零件进行低阶约束模态分析，并根据所述零件的约束状态计算出其一阶弹性模态，以及根据所述零件的一阶弹性约束模态振型来规划铺层分区。

优选的是，其特征在于，根据零件的垂向刚度和一阶弹性模态频率要求确定每个铺层分区的铺层厚度。

优选的是，每个局部共享铺层的铺设角度根据所述零件的垂向刚度和一阶弹性模态频率取最大值确定。

优选的是，当所述待铺层的零件为车顶板时，所述铺层分区为5个，包括两个对称的第一分区，两个对称的第二分区和第三分区；

其中，所述两个第一分区位于所述车顶板纵向的两侧，并且所述两个第一分区的厚度相同；所述两个第二分区位于所述车顶板横向的两侧，并且所述两个第二分区的厚度相同；所述第三分区位于所述两个第一分区与所述两个第二分区之间。