(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211242764.2 (22)申请日 2022.10.11 (71)申请人 中国航空工业 集团公司西安飞机设 计研究所 地址 710089 陕西省西安市阎良区人民东 路1号 (72)发明人 李咪咪　宋维博　徐荣章　王晓阳　 胡嘉桐　余明　刘中凯　刘红武　 (74)专利代理 机构 北京航信高科知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11526 专利代理师 刘传准 (51)Int.Cl. G16C 60/00(2019.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01)B64F 5/00(2017.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种复合材 料层合板铺 层比例优化方法 (57)摘要 本申请属于飞机结构的复材结构铺层设计 领域， 特别涉及一种复合材料层合板铺层比例优 化方法， 步骤S1： 在飞机设计过程中， 确定设计载 荷及飞机 结构布局， 明确飞机应用复合材料的设 计许用值， 包含轴向许用应变εad、 剪切许用应 变γad； 步骤S2： 基于飞机结构外部载荷和特定 布局， 计算飞机待铺层结构的承 载特征值T， 所述 承载特征值T表征飞机待铺层结构轴向承载和剪 切承载的趋势特征； 步骤S3： 获取铺层库中多个 预设比例的复合材料层合板， 计算所述复合材料 层合板材料特征值Tm； 步骤S4： 基于结构承载特 征值T， 选 取与承载特征值T相匹配的材料特征值 Tm的复合材料层合板。 量化结构与材料之间的关 系， 能够使结构选材 更加直观和最优。 权利要求书2页 说明书8页 附图1页 CN 115458093 A 2022.12.09 CN 115458093 A 1.一种复合材 料层合板铺 层比例优化方法， 其特 征在于， 包括： 步骤S1： 在飞机设计过程中， 确定设计载荷及飞机结构布局， 明确飞机应用复合材料的 设计许用值， 包 含轴向许用应 变 εad、 剪切许用应 变γad； 步骤S2： 基于飞机结构外部载荷和特定布局， 计算飞机待铺层结构的承载特征值T， 所 述承载特征值T表征飞机待铺 层结构轴向承载和剪切承载的趋势特 征； 步骤S3： 获取铺层库中多个预设比例的复合材料层合板， 计算多个预设比例的复合材 料层合板的材 料特征值Tm； 步骤S4： 基于 结构承载特征值T， 选 取与承载特征值T相匹配的材料特征值Tm的复合材料 层合板。 2.如权利要求1所述的复合材料层合板铺层比例优化方法， 其特征在于， 结构承载特征 值T的计算方法为： 步骤S21： 预设初始弹性模量Ex、 初始剪切模量Gxy； 步骤S22： 基于初始弹性模量Ex、 初始剪切模量Gxy， 获取对应的初始轴向应变εx， 与剪切 应变γxy； 步骤S23： 通过迭代弹性模量Ex、 剪切模量Gxy， 使轴向应变εx与剪切应变γxy的比值|εx/ γxy|接近许用应变εad与许用应力γad的比值εad/γad到预设条件， 并获取迭代后的弹性模 量Exn与剪切模量Gxyn； 步骤S24： 基于迭代后的弹性模量Exn与剪切模量Gxyn， 计算所述承载 特征值T。 3.如权利要求2所述的复合材料层合板铺层比例优化方法， 其特征在于， 所述轴向应变 εx， 剪切应变γxy包括多个， 具体为： 将所述 飞机待铺层结构分为多个单元， 分别计算每个单 元的承载 特征值T， 并基于每 个单元的承载 特征值T分别选取相匹配的复合材 料层合板 。 4.如权利要求1所述的复合材料层合板铺层比例优化方法， 其特征在于， 基于预设可选 铺层库中的不同复合材料层合板材料特征值Tm， 计算每种复合材料层合板适用的边 界特征 值Tb， 复合材料层合板材料特征值Tm表征的是此种特定比例层合板轴向及剪切承载能力最 优比值， 复合材料层合板边 界特征值Tb表征的是此种特定比例层合板轴向及剪切承载能力 临界值， 当结构承载特征值T在某种层合板边界特征值Tb对应范围内， 选取与边界特征值Tb 对应的材 料特征值Tm及对应的复合材 料层合板材 料。 5.如权利要求2所述的复合材料层合板铺层比例优化方法， 其特征在于， 承载特征值T 具体的计算公式为： 当εxn为拉应变， 则T＝|T|为拉 剪特征值； 如果 εxn为压应变， 则T＝ ‑|T|为压剪特征值； 其中， 迭代后的轴向应变εxn， 迭代后的剪切应变γxyn， 迭代后的轴向应力σxn， 迭代后的 泊松比μyxn， 迭代后的法向应力σyn， 迭代后的剪切应力 τxyn。 6.如权利要求4所述的复合材料层合板铺层比例优化方法， 其特征在于， 边界特征值Tb ＝kTm； 其中k为修正系数。 7.如权利要求1所述的复合材料层合板铺层比例优化方法， 其特征在于， Tm的计算公式 为： 其中E1材为复合材料层合板材料的轴向模量， G1材为复合材料层合板材料的权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115458093 A 2剪切模量。 8.如权利要求2所述的复合材料层合板铺层比例优化方法， 其特征在于， 初始轴向应变 εx， 与剪切应 变γxy通过有限元分析计算得到 。 9.如权利要求4所述的复合材料层合板铺层比例优化方法， 其特征在于， 所述的承载特 征值T与材料特征值Tm与边界特征值Tb范围匹配， 具体的匹配方 法为： 选取|T|最靠近的一个 材料特征值Tm， 并且小于该 材料特征值Tm对应的边界特 征值Tb。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115458093 A 3