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本文基于ANSYS軟件平臺(tái)，詳細(xì)闡述復(fù)合材料無人機(jī)結(jié)構(gòu)仿真的全流程操作，涵蓋幾何處理、材料定義、鋪層設(shè)計(jì)、載荷施加及結(jié)果驗(yàn)證等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過本文，用戶可系統(tǒng)掌握復(fù)合材料結(jié)構(gòu)仿真技術(shù)，優(yōu)化無人機(jī)設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)安全性與可靠性。幾何模型預(yù)處理抽殼處理（Shell Extraction）無人機(jī)結(jié)構(gòu)多為薄壁殼體，需將實(shí)體模型轉(zhuǎn)換為殼單元以提升計(jì)算效率。

某型飛機(jī)復(fù)合材料整流罩優(yōu)化設(shè)計(jì)1引言現(xiàn)在航空航天工業(yè)中，減輕設(shè)計(jì)重量和縮短設(shè)計(jì)周期是2個(gè)突出的問題。結(jié)構(gòu)優(yōu)化被證明在這2個(gè)方面是非常有效的工具。HyperWorks中的OptiStruct在結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域受到了眾多航空企業(yè)的認(rèn)可并大量應(yīng)用。針對(duì)金屬結(jié)構(gòu)，通過兩步法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。第一步，通過拓?fù)?em>優(yōu)化方法得到概念設(shè)計(jì)；第二步，用參數(shù)優(yōu)化和形狀優(yōu)化方法對(duì)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

[2]盧秉賀，李萍，張軍偉.基于Patran/Nastran和Hypersizer的 復(fù)合材料后機(jī)身加筋結(jié)構(gòu)形式選擇分析[J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究， 2012（2）：53-56. [3]裘健全.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析&優(yōu)化：HyperSizer漸進(jìn)式設(shè)計(jì)過程 [J].材料工程，2009（S2）：6.

此外，大型的微觀結(jié)構(gòu)和性能模擬數(shù)據(jù)集可以豐富有限的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)合材料設(shè)計(jì)。 滲透路徑以及復(fù)合材料的組分和界面性質(zhì)決定了復(fù)合材料的輸運(yùn)性質(zhì)。滲流理論與區(qū)域內(nèi)截?cái)嗑W(wǎng)絡(luò)的形成有關(guān)，這有利于熱通量通過遠(yuǎn)程連通性轉(zhuǎn)移。根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察，當(dāng)顆粒體積分?jǐn)?shù)超過一定值時(shí)，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的有效導(dǎo)熱系數(shù)急劇增加。這是復(fù)合結(jié)構(gòu)中形成滲透路徑的點(diǎn)，稱為滲透閾值。

在增重相同情況下，機(jī)翼蒙皮整體增厚相比翼根局部增厚能夠更有效地提高扭轉(zhuǎn)頻率，對(duì)扭轉(zhuǎn)剛度影響顯著； (3）研究表明機(jī)翼復(fù)合材料構(gòu)型設(shè)計(jì)（包括復(fù)合材料鋪層角度、厚度、順序等）對(duì)于機(jī)翼動(dòng)特性影響顯著，進(jìn)一步研究將通過“鋪層角度+蒙皮厚度”的組合式優(yōu)化獲得理想的回轉(zhuǎn)顫振邊界裕度。文章來源：中國(guó)科技信息

在本系列專題文章中，將會(huì)從微觀結(jié)構(gòu)和宏觀角度系統(tǒng)地討論造成這一缺陷的原因，并就如何提高碳纖維及其復(fù)合材料的壓縮性能提出了建議。在上期文章中首先介紹了碳纖維壓縮強(qiáng)度的常見測(cè)試方法，而本文中主要介紹碳纖維微觀結(jié)構(gòu)及壓縮失效破壞。

目前的汽車輕量化技術(shù)主要有輕量化材料的應(yīng)用、輕量化工藝的應(yīng)用，以及輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。輕量化材料的應(yīng)用方面，鋁合金材料、復(fù)合材料作為主要的輕量化材料，在汽車領(lǐng)域嶄露頭角。

在此背景下，Digimat 作為專業(yè)的復(fù)合材料多尺度分析平臺(tái)，通過整合多尺度材料 & 逆向建模、材料數(shù)據(jù)庫(kù)、工藝結(jié)果映射及結(jié)構(gòu)多尺度耦合分析、A- &B - 許用值虛擬計(jì)算等功能，為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的精確分析與優(yōu)化提供了完善解決方案。針對(duì) CFRP 結(jié)構(gòu)的疲勞難題，Digimat 專門開發(fā)了多尺度疲勞模型，該模型可與通用 CAE 軟件深度結(jié)合，構(gòu)建起 CFRP 結(jié)構(gòu)疲勞分析的完整流程。

在汽車行業(yè)，從最初的線彈性部件分析到汽車結(jié)構(gòu)中大量的非線性問題分析，到現(xiàn)在汽車疲勞壽命分析、NVH分析、碰撞模擬等，有限元科技CAE應(yīng)用項(xiàng)目幾乎可以涵蓋所有環(huán)節(jié)。今天和大家分享的是：汽車設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)/材料優(yōu)化分析。結(jié)構(gòu)/材料優(yōu)化優(yōu)化設(shè)計(jì)包括尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、形貌優(yōu)化和拓?fù)?em>優(yōu)化，而表現(xiàn)在汽車設(shè)計(jì)中則有輕量化、材料節(jié)能環(huán)保、提高動(dòng)力性能等。

4 復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu) 復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)是目前有潛力替代傳統(tǒng)蜂窩或泡沫夾芯結(jié)構(gòu)的一種新型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，與復(fù)合材料點(diǎn)陣梁結(jié)構(gòu)類似，復(fù)合材料點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)也能夠在較小的質(zhì)量損失情況下將材料移動(dòng)到遠(yuǎn)離中性軸的位置，因此與傳統(tǒng)芯材相比，其結(jié)構(gòu)效率更高。

這種獨(dú)特的焊接策略為優(yōu)化填料增強(qiáng)聚合物納米復(fù)合材料的熱傳輸性能提供了新的途徑，促進(jìn)了其在下一代微電子器件中的應(yīng)用。

汽車用碳纖維復(fù)合材料主要為樹脂基碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，與鋼鐵材料相比，能夠減輕40%~60%的質(zhì)量；與鋁合金材料相比，能夠減輕25%~30%的質(zhì)量，是汽車輕量化進(jìn)程中不可或缺的重要材料，主要應(yīng)用的零部件有車頂橫梁、引擎蓋、翼子板、保險(xiǎn)杠、車頂蓋等。國(guó)內(nèi)外部分碳纖維零部件如圖9所示。目前，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用還存在諸多限制因素，如成本較高、工藝復(fù)雜、難回收等，制約了其大規(guī)模應(yīng)用。

綜上所述，該款車門從結(jié)構(gòu)角度和材料替換角度存在優(yōu)化空間。3 碳纖維復(fù)合材料車門的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)采用自由尺寸優(yōu)化、尺寸優(yōu)化以及鋪層順序優(yōu)化，具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案流程如圖3所示。圖3 復(fù)合材料車門優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的流程圖 其中，約束條件為在4種工況下受力之后最大變形不超過10 mm；目標(biāo)函數(shù)選擇為車門所有零部件的質(zhì)量最小化；設(shè)計(jì)變量為鋪層的局部厚度。

2.3復(fù)合材料 隨著人們對(duì)汽車防腐、美觀和舒適等方面需求的不斷增加，非金屬材料在汽車制造過程備受關(guān)注，復(fù)合材料則是汽車輕量化過程中具有代表性的非金屬材料。復(fù)合材料具有質(zhì)量小、易設(shè)計(jì)、耐腐蝕等特點(diǎn)，主要用于儀表盤、翼子板等汽車零部件，但由于復(fù)合材料成本較高，限制了其應(yīng)用范圍。