[發明專利]一種碳纖維復合材料發動機罩的結構設計方法

在審

• 申請號: 201710337860.8
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107264640A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 梁春永;葛廣躍;李樂樂;李海鵬
• 申請（專利權）人: 天津金力研汽車工程技術有限公司
• 主分類號: B62D25/10
• 分類號: B62D25/10;B62D29/04
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司12107
• 代理人: 張義

1.一種碳纖維復合材料發動機罩的結構設計方法，其特征在于，

選用碳纖維復合材料單層鋪層的鋪層角度、鋪層厚度以及芯材厚度這些參數作為結構優化時的設計變量，建立復合材料發動機罩的尺寸優化的數學模型并進行計算：

(1)設計目標：復合材料發動機罩尺寸優化設計的目標函數是使發動機罩的質量最輕，即

M＝f(x)＝f(x₁,x₂,......x_n)→MIN

(2)設計變量：優化問題中設計變量越少，優化計算就越簡單，設計變量的選取有兩種選擇的方法，一是消去某些設計變量；二是采用共同的設計變量；

對復合材料發動機罩進行尺寸優化時，采用以下兩種方案：一是以復合材料層合板中各角度的鋪層厚度以及芯材的厚度為設計變量，因發動機罩的結構為對稱結構，故優化問題中獨立設計變量有5個；二是以復合材料層合板中鋪層厚度和鋪層角度組合為設計變量，進行優化設計，其中獨立設計變量為9個；復合材料發動機罩的優化問題中，各碳纖維鋪層的初始厚度為2mm；芯材的初始厚度為6mm，；各碳纖維鋪層的初始角度為0°，45°，90°，-45°；

(3)設計約束：對于優化設計中的設計約束而言，考慮結構的性能約束，即根據設計對象應滿足的性能要求而建立的設計約束，對復合材料發動機罩進行優化設計時，性能設計約束主要考慮發動機罩的剛度，振動頻率應滿足的需求，原則上以原鋼制發動機罩的剛度值以及振動頻率為參考基準，在優化時性能不低于原發動機罩，具體要求如下：鎖閂載荷工況下最大位移是2.2mm，彎曲載荷工況下最大位移是10.2mm，扭轉載荷工況下最大位移是1.2mm，砰擊載荷工況下最大位移是2.9mm，自由模態分析時基頻不低于28.1Hz；

設計約束中，還要考慮邊界約束，確定了設計變量的取值范圍，復合材料發動機罩的優化問題中，各碳纖維鋪層的變化范圍為0.4-0.8mm；芯材的變化范圍為6-10mm；各碳纖維鋪層角的變化范圍為0-180°；

(4)計算工況：發動機罩在車輛運行時，受力情況較為復雜，經過簡化，確定以下幾種分析工況：鎖閂載荷工況，彎曲載荷工況，扭轉載荷工況，砰擊載荷工況以及自由模態分析；

(5)優化分析結果：對復合材料發動機罩進行尺寸優化，經過多步迭代，得到各參數的最優結果以及相應的優化后發動機罩的位移、應力結果。