[發明專利]一種考慮鋪層相容性的復合材料鋪層方案庫建庫方法

有效

• 申請號: 201610301987.X
• 申請日: 2016-05-09
• 公開（公告）號: CN106021654B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 邱志平;呂崢;王曉軍;朱靜靜;李曉;孫佳麗;夏海軍
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 成金玉,盧紀

技術領域

本發明主要是適用于具有一種鋪層材料并存在鋪層相容性問題的復合材料鋪層方案的制定，具體涉及一種考慮鋪層相容性的復合材料鋪層方案庫建庫方法。

背景技術

鑒于復合材料高比強度、高比剛度的優越性，現代航空航天、汽車等工業領域中復合材料結構的使用率越來越大，應用范圍也從次承力結構逐步擴展到主承力結構。據報道，波音公司設計生產的B787全機結構復合材料覆蓋率達到50％，其機翼部件復合材料覆蓋率更是高達90％以上。復合材料結構設計較之前傳統金屬結構在設計難度、工作量上都大幅度增加，而受到復合材料特有的鋪層相容性及鋪層工藝的影響，復合材料結構鋪層方案設計嚴重滯后于結構方案設計。因此，如何快速獲得鋪層設計方案成為復合材料結構設計的關鍵所在，具有十分重要的工程意義。

與單一鋪層厚度的復合材料結構不同，復雜形式的復合材料結構往往包括幾種不同厚度的鋪層區域。在鋪層方案設計時，設計人員不僅關心鋪層區域內的鋪層方案，而且需要考慮相鄰區域之間的鋪層相容性，即保證相鄰區域復合材料鋪層的連續性。實際工程中，鋪層相容性處理是通過將變截面處尺寸更厚的一段中的某一層或某幾層斷開來實現。斷層的選擇通常全憑設計人員的工程經驗，因此，對于缺乏經驗的設計人員難以快速給出考慮鋪層相容性的復合材料鋪層方案。此外，憑借主觀經驗得到的鋪層方案具有很大的隨機性，不能保證鋪層方案是最優的，這對于復合材料結構優化設計是非常不利的。由于以往的復合材料結構鋪層設計過分依賴設計人員的工程經驗，有限的備選方案縮小了復合材料結構的設計可行域，導致復合材料結構性能降低，甚至可能需要進行大量的補償投入，造成損失和浪費。因此，建立復合材料鋪層方案庫，為復合材料結構優化設計提供充分的設計可行域顯得尤為重要。

目前，針對復合材料鋪層相容性問題，還沒有發現考慮鋪層相容性的復合材料鋪層方案庫建庫方法。本發明采用整數編碼表示復合材料鋪層方案，并采用二進制數作為斷層操作碼，斷層操作可實現程序化，借助計算機自動完成考慮鋪層相容性的復合材料鋪層方案庫的創建，為復合材料結構鋪層方案設計提供了豐富的方案參考。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種考慮鋪層相容性的復合材料鋪層方案庫建庫方法，實現復合材料鋪層厚度變化區域的有效過渡，為復合材料鋪層工藝設計提供可行的鋪層方案，同時為復合材料結構優化設計提供了保障。

為實現上述目的，本發明提供的一種考慮鋪層相容性的復合材料鋪層方案庫建庫方法，該方法實現步驟如下：

步驟一、采用整數對復合材料鋪層方案進行編碼，通過遍歷所有的組合得到復合材料鋪層待定方案；

步驟二、對步驟一建立的復合材料鋪層待定方案進行鋪層檢查，符合要求的鋪層方案作為基本方案放入復合材料鋪層基本方案庫，即第一級復合材料鋪層方案庫；

步驟三、根據第一級復合材料鋪層厚度變化區域的斷層要求，生成第一級待定斷層操作碼；

步驟四、對步驟三生成的待定斷層操作碼進行斷層檢查，符合要求的斷層操作碼作為第一級斷層操作碼；

步驟五、根據步驟四建立的第一級斷層操作碼，對步驟二建立的第一級復合材料鋪層方案進行斷層操作，得到第二級復合材料鋪層待定方案；

步驟六、對步驟五建立的第二級復合材料鋪層待定方案進行鋪層檢查，符合要求的鋪層方案作為第二級復合材料鋪層方案放入第二級復合材料鋪層方案庫；

步驟七、針對第二級復合材料鋪層方案，重復步驟三、步驟四、步驟五和步驟六，分別得到第二級待定斷層操作碼、第二級斷層操作碼、第三級復合材料鋪層待定方案和第三級復合材料鋪層方案，以此類推，得到多級復合材料鋪層方案；

步驟八、將各級方案庫中的復合材料鋪層方案進行整合，得到考慮鋪層相容性的復合材料鋪層方案庫，該方案庫包含了所有滿足鋪層要求和工藝要求的復合材料鋪層方案。

其中，步驟一中采用整數對復合材料鋪層方案進行編碼，為第一級復合材料鋪層方案個數，整數中的每一位阿拉伯數字代表一種鋪層角度，整數編碼具體表示為：

式中，為第一級復合材料鋪層待定方案的整數編碼，代表一種鋪層角度，取值范圍為0～8，x＝9為編碼輔助位，位于整數的最高位，不代表任何鋪層角度，n₁為第一級復合材料鋪層層數。因此，本發明方法要求復合材料鋪層角度少于或者等于9種角度，對于鋪層層數沒有限制。