[發(fā)明專利]一種復(fù)合材料鋪層補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611255912.9
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106909706A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉震宇;程路超;謝軍;潘輝;郭煜晨
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;B32B5/26
• 代理公司: 長春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所(普通合伙)22210
• 代理人: 李外

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料鋪層設(shè)計(jì)方法領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合材料鋪層補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨著復(fù)合材料在各行各業(yè)中的應(yīng)用，對復(fù)合材料性能提出了更高的要求，復(fù)合材料件的制備屬于增材制造工藝，因此，復(fù)合材料的鋪層設(shè)計(jì)是提高復(fù)合材料性能的主要途徑之一。目前，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料件面內(nèi)各向同性的方法已經(jīng)明確，但彎曲剛度各向同性的設(shè)計(jì)仍是困擾復(fù)合材料件尺寸精度的一個(gè)難題。目前，常用的方法是通過增加鋪層角度來提高復(fù)材件的彎曲各向同性。但是，一方面鋪層角度的增加是有限的；另一方面鋪層角度的增加將增加鋪層可操作性的難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的鋪層設(shè)計(jì)方法復(fù)雜的問題，而提供一種復(fù)合材料鋪層補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

本發(fā)明提供一種復(fù)合材料鋪層補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)復(fù)合材料特性、復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)和復(fù)合材料最終制品的特性，初步確定鋪層角度和各角度的層數(shù)；

步驟二、根據(jù)初步確定的鋪層角度、復(fù)合材料制品厚度和單層復(fù)合材料厚度，運(yùn)用正則化幾何因子法，增加或減少單個(gè)、幾個(gè)或者全部的鋪層角度的層數(shù)，然后采用遍歷法，通過式Ⅰ計(jì)算正則化幾何因子V_iD的值，其中，i＝1,2,3,4，當(dāng)正則化幾何因子法中V_iD最小時(shí)，對應(yīng)的θ_k即為最終鋪層角度和順序；

式Ⅰ，n為鋪層總層數(shù)，k為第k層(離對稱中間面最近的為第1層最遠(yuǎn)的為n/2層)，θ_k為第k層的鋪層角度。

優(yōu)選的是，當(dāng)i＝3,4，V_iD＝0時(shí)，可避免彎扭耦合。

優(yōu)選的是，所述的復(fù)合材料為碳纖維復(fù)合材料和玻璃纖維復(fù)合材料。

本發(fā)明的有益效果

本發(fā)明提供一種復(fù)合材料鋪層補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法，該方法是在給定初始鋪層角度的基礎(chǔ)上，通過增減單個(gè)、多個(gè)或者全部鋪層角度的層數(shù)來逐步逼近及至實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料彎曲各向同性。該補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法一方面可有效的逼近實(shí)施復(fù)合材料鋪層的彎曲各向同性，使復(fù)合材料件形狀精度與制作模具面型匹配精度更高、性能提高更大；另一方面可以克服由于制件厚度和鋪層角度個(gè)數(shù)限制(p的取值太大將難以實(shí)現(xiàn)鋪層)實(shí)施彎曲各向同性厚復(fù)合材料件的制作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本發(fā)明的補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法可有效實(shí)施復(fù)合材料的彎曲各向同性設(shè)計(jì)，使其全局最優(yōu)解減小91.6％。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中補(bǔ)償組數(shù)與全局最優(yōu)解的關(guān)系；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中補(bǔ)償組數(shù)與全局最優(yōu)解的關(guān)系。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種復(fù)合材料鋪層補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)復(fù)合材料特性、復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)和復(fù)合材料最終制品的特性，初步確定鋪層角度[a₁,a₂,······,a_p]和鋪層總層數(shù)n，其中，a為鋪層角度，p為鋪層角度個(gè)數(shù)；

按照本發(fā)明，所述的根據(jù)復(fù)合材料特性、復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)和復(fù)合材料最終制品的特性，初步確定鋪層角度和各角度的層數(shù)的方法沒有特殊限制，是根據(jù)本領(lǐng)域公知的方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員按照復(fù)合材料的特性、要達(dá)到的復(fù)合材料的最終特性初步確定的。

步驟二、根據(jù)初步確定的鋪層角度[a₁,a₂,······,a_p]、鋪層總層數(shù)n，復(fù)合材料制品厚度和單層復(fù)合材料厚度，在保證總層數(shù)不變的情況下，運(yùn)用正則化幾何因子法，增加或減少單個(gè)、幾個(gè)或者全部的鋪層角度的層數(shù)，然后采用遍歷法確定其在層合板中不同位置的最優(yōu)組合，通過式Ⅰ比較計(jì)算正則化幾何因子V_iD的值，其中，i＝1,2,3,4，D代表彎曲剛度，當(dāng)正則化幾何因子法中V_iD最小時(shí)，為全局最優(yōu)解，即確定為當(dāng)前補(bǔ)償后的最優(yōu)彎曲各向同性鋪層，對應(yīng)的θ_k即為最終鋪層角度和順序；當(dāng)V_iD(i＝3,4)＝0時(shí)可避免彎扭耦合。

式Ⅰ中，n為鋪層總層數(shù)，k為第k層(離對稱中間面最近的為第1層最遠(yuǎn)的為n/2層)，θ_k為第k層的鋪層角度。

按照本發(fā)明，所述的正則化幾何因子法、遍歷法為本領(lǐng)域熟知的方法，沒有特殊限制。