本發(fā)明涉及碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計，具體涉及一種基于碳纖維復(fù)合材料數(shù)據(jù)庫的快速結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、隨著航空航天、汽車制造、體育器材及能源領(lǐng)域?qū)Ω咝阅?、輕量化材料需求的日益增長，碳纖維復(fù)合材料（cfrp）因其優(yōu)異的比強度、比模量以及良好的耐腐蝕性和抗疲勞性能，成為了這些領(lǐng)域中的關(guān)鍵材料。然而，碳纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程復(fù)雜且耗時，涉及到材料選擇、鋪層設(shè)計、力學(xué)分析等多個環(huán)節(jié)，且需要高度專業(yè)化的知識和經(jīng)驗。

2、碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計具有靈活性，不同的材料選用、鋪層結(jié)構(gòu)往往導(dǎo)致整體性能的不同，這是復(fù)合材料區(qū)別于金屬材料的一大特點，能夠自由組合設(shè)計出滿足特色需求的復(fù)合材料。但同時由于選材和鋪層結(jié)構(gòu)的靈活性，這些參數(shù)的微小變化都可能對結(jié)構(gòu)的整體性能產(chǎn)生顯著影響。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要全面、準(zhǔn)確地掌握各種碳纖維復(fù)合材料的性能數(shù)據(jù)，以便進行合理的選擇。然而，目前市場上關(guān)于碳纖維復(fù)合材料性能參數(shù)的數(shù)據(jù)庫難以滿足實際設(shè)計需求，往往需要進行力學(xué)性能試驗為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供資料。

3、傳統(tǒng)的碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計方法往往依賴于工程師的經(jīng)驗和大量的試錯實驗，這不僅增加了設(shè)計成本和時間，還難以保證設(shè)計結(jié)果的最優(yōu)性。此外，隨著碳纖維復(fù)合材料種類的不斷增加和應(yīng)用場景的日益多樣化，如何快速、準(zhǔn)確地完成結(jié)構(gòu)設(shè)計，以滿足不同工況下的性能要求，成為了亟待解決的問題。

4、綜上，在碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，現(xiàn)有技術(shù)主要存在以下幾個方面的缺點：

5、1.傳統(tǒng)設(shè)計中往往缺乏碳纖維復(fù)合材料數(shù)據(jù)庫，導(dǎo)致設(shè)計過程中需要查閱文獻或進行力學(xué)性能試驗。

6、2.?現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法往往需要人工手動的進行計算，且使用的優(yōu)化軟件往往具有一定使用門檻，存在著計算效率低，優(yōu)化效果不理想、不能重復(fù)使用等問題。

7、3.?傳統(tǒng)設(shè)計流程繁瑣，往往需要多方合作，不利于快速響應(yīng)市場需求

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于碳纖維復(fù)合材料數(shù)據(jù)庫的快速結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，旨在通過全面的數(shù)據(jù)庫、機器學(xué)習(xí)算法和便捷的設(shè)計流程，為碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計提供高效、準(zhǔn)確的解決方案。

2、具體的，本發(fā)明提供了一種基于碳纖維復(fù)合材料數(shù)據(jù)庫的快速結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，包括如下步驟：

3、s1：通過圖像識別技術(shù)將導(dǎo)入的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型拆解為基礎(chǔ)接頭結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)連接結(jié)構(gòu)，將拆解得到的基礎(chǔ)接頭結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)連接結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫進行匹配，獲取該復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型的組成信息；

4、s2：通過人工輸入用戶需求，系統(tǒng)調(diào)用復(fù)合材料鋪層性能庫，將材料性能與鋪層結(jié)構(gòu)匹配到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)接頭結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)連接結(jié)構(gòu)；

5、s3：將步驟s1得到的模型結(jié)構(gòu)組成信息和步驟2得到的材料性能及鋪層結(jié)構(gòu)參數(shù)作為機器學(xué)習(xí)的輸入端，將用戶需求作為機器學(xué)習(xí)的指標(biāo)，通過機器學(xué)習(xí)的方法，優(yōu)選出符合用戶需求的復(fù)合材料類型與鋪層結(jié)構(gòu)。

6、作為本發(fā)明的進一步說明，步驟s1中，通過圖像識別技術(shù)將導(dǎo)入的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型拆解為基礎(chǔ)接頭結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)連接結(jié)構(gòu)，具體包括：

7、寫入基于外部導(dǎo)入的復(fù)合材料三維模型；

8、對導(dǎo)入的三維模型進行圖像識別，將其自動拆分為基礎(chǔ)接頭結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)連接結(jié)構(gòu)。

9、作為本發(fā)明的進一步說明，所述復(fù)合材料基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫包含：基礎(chǔ)接頭結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)連接結(jié)構(gòu)；其中，基礎(chǔ)接頭結(jié)構(gòu)包含三通接頭類、四通接頭類、五通接頭類、六通接頭類，每類接頭除主接頭外還包含分支接頭；基礎(chǔ)連接結(jié)構(gòu)包含不同規(guī)格尺寸的連接管。

10、作為本發(fā)明的進一步說明，步驟s2中，所述用戶需求包含：結(jié)構(gòu)的性能需求、成本需求及重量需求；用戶根據(jù)實際需求填寫一種或以上。

11、作為本發(fā)明的進一步說明，所述復(fù)合材料鋪層性能庫包含不同類型碳纖維復(fù)合材料的基礎(chǔ)力學(xué)性能參數(shù)及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的鋪層結(jié)構(gòu)參數(shù)。

12、作為本發(fā)明的進一步說明，所述基礎(chǔ)力學(xué)性能參數(shù)包含密度、強度、模量、泊松比參數(shù)；所述鋪層結(jié)構(gòu)參數(shù)包含單層厚度、鋪層層數(shù)和鋪層順序，以及結(jié)構(gòu)對應(yīng)的強度、價格、重量。

13、作為本發(fā)明的進一步說明，步驟s3中，機器學(xué)習(xí)過程中，通過模型訓(xùn)練自動挑選滿足需求的材料類型與鋪層結(jié)構(gòu)方案的機器學(xué)習(xí)模型，該模型包括材料種類、鋪層結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)強度、價格、重量，該模型在訓(xùn)練中采用有限元與實驗結(jié)合的方法，最終獲得材料種類-鋪層結(jié)構(gòu)-強度-價格-重量的最佳匹配方案。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

15、1.現(xiàn)有的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計具有較長的設(shè)計周期，在有限元建模計算、力學(xué)性能試驗、樣品試制多個環(huán)節(jié)中花費的時間成本較高，本發(fā)明可快速設(shè)計得到滿足需求的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，降低工藝設(shè)計成本，提高效率。

16、2.現(xiàn)有的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的模型通用性較低，本發(fā)明采用包含多種規(guī)格尺寸的復(fù)合材料基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫、復(fù)合材料鋪層性能庫，模型通用性高，且能夠重復(fù)使用，能夠降低設(shè)計時間，提高生產(chǎn)效率。

17、3.現(xiàn)有的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中經(jīng)常需要使用多種建模軟件、有限元軟件和優(yōu)化算法，往往過程復(fù)雜且解法不一，本發(fā)明將圖像識別、數(shù)據(jù)庫、機器學(xué)習(xí)融合為一體，能夠簡化設(shè)計流程、降低設(shè)計門檻。

18、本技術(shù)方案的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本技術(shù)方案而了解。本技術(shù)方案的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

19、下面通過附圖和實施例，對本技術(shù)方案的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種基于碳纖維復(fù)合材料數(shù)據(jù)庫的快速結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的基于碳纖維復(fù)合材料數(shù)據(jù)庫的快速結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，步驟s1中，通過圖像識別技術(shù)將導(dǎo)入的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型拆解為基礎(chǔ)接頭結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)連接結(jié)構(gòu)，具體包括：

3.如權(quán)利要求1所述的基于碳纖維復(fù)合材料數(shù)據(jù)庫的快速結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，所述復(fù)合材料基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫包含：基礎(chǔ)接頭結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)連接結(jié)構(gòu)；其中，基礎(chǔ)接頭結(jié)構(gòu)包含三通接頭類、四通接頭類、五通接頭類、六通接頭類，每類接頭除主接頭外還包含分支接頭；基礎(chǔ)連接結(jié)構(gòu)包含不同規(guī)格尺寸的連接管。

4.如權(quán)利要求1所述的基于碳纖維復(fù)合材料數(shù)據(jù)庫的快速結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，步驟s2中，所述用戶需求包含：結(jié)構(gòu)的性能需求、成本需求及重量需求；用戶根據(jù)實際需求填寫一種或以上。

5.如權(quán)利要求1所述的基于碳纖維復(fù)合材料數(shù)據(jù)庫的快速結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，所述復(fù)合材料鋪層性能庫包含不同類型碳纖維復(fù)合材料的基礎(chǔ)力學(xué)性能參數(shù)及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的鋪層結(jié)構(gòu)參數(shù)。

6.如權(quán)利要求5所述的基于碳纖維復(fù)合材料數(shù)據(jù)庫的快速結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，所述基礎(chǔ)力學(xué)性能參數(shù)包含密度、強度、模量、泊松比參數(shù)；所述鋪層結(jié)構(gòu)參數(shù)包含單層厚度、鋪層層數(shù)和鋪層順序，以及結(jié)構(gòu)對應(yīng)的強度、價格、重量。

7.如權(quán)利要求1所述的基于碳纖維復(fù)合材料數(shù)據(jù)庫的快速結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，步驟s3中，機器學(xué)習(xí)過程中，通過模型訓(xùn)練自動挑選滿足需求的材料類型與鋪層結(jié)構(gòu)方案的機器學(xué)習(xí)模型，該模型包括材料種類、鋪層結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)強度、價格、重量，該模型在訓(xùn)練中采用有限元與實驗結(jié)合的方法，最終獲得材料種類-鋪層結(jié)構(gòu)-強度-價格-重量的最佳匹配方案。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于碳纖維復(fù)合材料數(shù)據(jù)庫的快速結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，包括：通過圖像識別技術(shù)將導(dǎo)入的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型拆解為基礎(chǔ)接頭結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)連接結(jié)構(gòu)，將其與復(fù)合材料基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫進行匹配，獲取該復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型的組成信息，通過人工輸入用戶需求，系統(tǒng)調(diào)用復(fù)合材料鋪層性能庫，將材料性能與鋪層結(jié)構(gòu)匹配到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)接頭結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)連接結(jié)構(gòu)；將上述模型結(jié)構(gòu)組成信息和材料性能及鋪層結(jié)構(gòu)參數(shù)作為機器學(xué)習(xí)的輸入端，將用戶需求作為機器學(xué)習(xí)的指標(biāo)，通過機器學(xué)習(xí)的方法，優(yōu)選出符合用戶需求的復(fù)合材料類型與鋪層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明將圖像識別、數(shù)據(jù)庫、機器學(xué)習(xí)融合為一體，能夠簡化設(shè)計流程、降低設(shè)計門檻。

技術(shù)研發(fā)人員：肖非,王偉,劉東旭,陳家豪,唐斌
受保護的技術(shù)使用者：重慶三航新材料技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6