陶 威， 刘 钊， 许 灿， 朱 平

(上海交通大学 a. 机械系统与振动国家重点实验室; b. 设计学院， 上海 200240)

当前，环境污染与能源短缺问题的日益严重，为了降低能耗且减少污染，同时提高新能源汽车的行驶里程，汽车轻量化受到越来越多的关注. 用高强轻质材料替换传统金属材料是实现汽车轻量化最有效的途径[1]. 三维正交机织碳纤维复合材料具有优异的力学性能、抗分层能力以及外形适应性，在汽车轻量化方面具有广阔的应用前景[2].

三维正交机织复合材料具有典型的多尺度特征，一般按纤维丝、纤维束及结构件可分为3个尺度：细观尺度、介观尺度及宏观尺度[3]. 国内外许多学者采用多尺度仿真方法预测了复合材料及其结构的性能响应[4-5].但是在进行复合材料结构优化时往往需要计算大批量模型的性能响应，这对优化过程中所采用的材料和结构性能预测方法的精度与效率提出了较高要求. 除此之外，三维正交机织复合材料结构具有材料/结构一体化特性，因此在进行轻量化设计时可以对其介观尺度材料变量和宏观尺度结构变量进行同步设计，进而最大限度地挖掘结构的轻量化潜力[6]. Fu等[7]采用神经网络代理模型和遗传算法对复合材料增强板进行了材料和结构并行优化设计. 王庆等[8]采用Kriging代理模型和优化算法对碳纤维复合材料保险杠进行了轻量化设计. 然而，三维正交机织复合材料结构的制备需要经历织造、运输、成型……