唐 昊，李鹏飞，郑 澎，于长华，张先红，李海峰

（中国工程物理研究院 计算机应用研究所，绵阳621900）

过程集成与设计优化技术在碳纤维增强树脂材料设计中的应用

唐 昊，李鹏飞，郑 澎，于长华，张先红，李海峰

（中国工程物理研究院 计算机应用研究所，绵阳621900）

研究过程集成与设计优化（PIDO）技术在复合材料设计中的应用。以航空器领域上广泛应用的碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）为例，开展结构刚度优化设计。根据复合材料中层压板分布特性，以结构固有频率最大为优化目标，通过选择层压板各单层厚度和铺设角度，使用有限元方法模拟铺设角度变化并输出结果，采用优化算法对结果进行判定，得到结构刚度的优化结果。对比两种不同的 PIDO优化过程，提出一种结果更优的优化策略——该策略在提高结构刚度的同时，兼顾轻量化，可为优化设计提供更多思路。

碳纤维增强树脂基复合材料；过程集成；设计优化；有限元方法；结构分析

0 引言

碳纤维增强树脂材料（CFRP）在飞行器上已广泛用作结构材料，包括战斗机和直升机的主结构、次结构件和特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的刚度增强和轻量化作用，大大提高了战机的抗疲劳、耐腐蚀等性能[1]。另外通过设计以及生产加工工艺的改进优化，也可以实现如机身等结构的强度提高。

CFRP是将碳纤维作为增强相加入树脂基体形成复合材料。……