[發明專利]具有低面重量的多板層層狀復合材料

有效

• 申請號: 201680003188.2
• 申請日: 2016-08-10
• 公開（公告）號: CN106796617B
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 德哈瑞克·S·馬拉普朗加德;特奧法尼斯·西奧法努斯;尼基爾·韋爾蓋斯
• 申請（專利權）人: 沙特基礎工業全球技術公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;B32B39/00;B32B41/00
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 謝攀;劉繼富

1.一種用于設計多板層層狀復合材料的方法，包括：

通過處理器接收多個輸入參數，所述輸入參數指定可用于包含在所述多板層層狀復合材料中的原材料的至少一個材料參數和所述多板層層狀復合材料的至少一個材料要求；和

通過所述處理器選取用于所述多板層層狀復合材料的一種或更多種材料的第一選擇和所述多板層層狀復合材料內的單層特性的第二選擇，其中所述單層特性包括至少纖維體積分數和纖維取向，并且其中所述第一選擇和所述第二選擇滿足所述至少一個材料要求，

其中選取的步驟包括：

通過同時考慮所述至少一個材料參數和所述單層特性以及通過預測具有所考慮的至少一個材料參數和所考慮的單層特性的復合材料的合計剛度來求解混合整數非線性規劃(MINLP)模型，其中能夠預測所述合計剛度以確定所述多板層層狀復合材料是否會滿足所述至少一個材料要求；和

優化所述混合整數非線性規劃(MINLP)模型的解以選取具有最小面重量的、滿足所述至少一個材料要求的多板層層狀復合材料。

2.根據權利要求1所述的方法，還包括制造根據所述混合整數非線性規劃(MINLP)模型的最優解來選取的多板層層狀復合材料。

3.根據權利要求1所述的方法，其中優化所述混合整數非線性規劃(MINLP)模型的解的步驟包括：

通過選取用于連續決策變量x的向量和二進制決策變量y的向量的值來定義約束函數g和h的向量，

其中，所述約束函數包括用于計算能夠形成單個板層的每個纖維-基體對的本構機械性能的函數、用于計算復合材料機械性能和/或對所述復合材料的合計機械響應進行控制的線性載荷-形變關系的函數；和

定義目標函數f，其將在滿足所述約束函數的同時被最小化。

4.根據權利要求3所述的方法，其中：

所述二進制決策變量包括所述復合材料中特定板層的存在或不存在、板層總數、每個板層的厚度、用于每個板層的纖維和樹脂材料組合和/或用于每個板層的纖維取向角度的象限；和

所述連續決策變量包括每個板層的厚度和體積分數、所述復合材料的中間平面處經受的應變和曲率的向量和/或用于對每個板層的纖維取向角度的某些三角函數進行建模的變量。

5.根據權利要求1所述的方法，其中：

優化所述解的步驟包括針對多個目標進行優化，其中，所述目標包括所述復合材料的物理屬性和/或所述復合材料的成本；和

至少一個物理屬性包括所述多板層層狀復合材料的重量、厚度和/或總纖維含量。

6.根據權利要求1所述的方法，其中優化所述解的步驟包括利用由所述處理器運行的基于分支定界的全局優化求解器來優化所述解。

7.根據權利要求1所述的方法，其中：

所述至少一個材料要求包括基體、纖維、最大應變、對稱復合材料、平衡復合材料、板層厚度、最大板層數、面內力、彎矩、扭矩、應變和/或撓度；和

所述單層特性包括每個板層的厚度、每個板層相對于所述復合材料的中間平面的位置、每個板層中纖維的容許體積分數和/或每個板層中的纖維取向角度。

8.根據權利要求1所述的方法，其中預測所述多板層層狀復合材料的所述合計剛度包括根據經典層合板理論(CLT)來預測所述合計剛度。

9.根據權利要求1所述的方法，其中優化所述解的步驟包括針對所述多板層層狀復合材料的每個板層，預測包括多種纖維材料和多種樹脂材料的各種復合材料的合計剛度。

10.根據權利要求1所述的方法，其中優化所述解的步驟包括在滿足所有指定材料要求的所有復合材料中選取具有最小重量的所述多板層層狀復合材料的一種或更多種材料和所述多板層層狀復合材料的單層特性。