每个角度超级层的厚度分布是不均匀的，需要由一些不同形状的铺层块层叠而成，例如，从0度超级层的厚度分布信息可以得到4种铺层块形状。不同铺层块形状可以通过裁剪得到。

图7 0度超级层可以由4种铺层块组成

尺寸优化

尺寸优化可以对有限元模型的各种参数，例如板的厚度、梁截面尺寸、材料属性等进行优化。在得到各角度超级层的铺层块形状之后，对复合材料进行重新 建模，将每种形状的铺层块重新建成一个超级层，优化得到每种形状的具体厚度，除以实际铺层的厚度，就可以得到每种角度每种形状的铺层的数目了。

图8 每种角度每种形状的实际铺层数目

铺层层叠次序优化

有了每种角度每种形状的实际铺层数目，接下来就要优化实际铺层层叠的次序，从而最终制造出复合材料零件。确定铺层次序时，需要考虑铺层对称性、每种铺层的最大层叠数目等，HyperShuffle模块可以自动确定最佳的铺层层叠次序，满足复合材料制造工艺约束。

图9 HyperShuffle自动确定最佳的铺层层叠次序

实际应用

目前，该创新的复合材料优化技术已经得到了众多客户的认可，例如，空中客车公司将该技术应用于A350飞机的机翼设计中。

图10 机翼上下翼面的复合材料优化

总结

Altair OptiStruct9.0具有完整的复合材料优化设计解决方案，通过综合应用拓扑优化、自由尺寸优化、尺寸优化、铺层层叠次序优化等技术，提供了从最初 的零件结构样式，到铺层形状和厚度分布，到铺层角度和层数的确定，到最终铺层层叠次序的各个阶段的优化设计方法，为复合材料零件的设计提供了创新的，符合 工程实际的方法。

作者简介

洪清泉，Altair公司优化应用专家，北京理工大学车辆工程专业毕业，曾工作于上海飞机设计研究所，在汽车和飞机结构分析和优化方面具有丰富经验。

邬旭辉，Altair公司航空行业应用专家，毕业于浙江大学工程力学系。毕业后加入上海飞机设计研究所，从事ARJ21飞机的强度分析工作。后加入ALTAIR公司后从事汽车结构安全分析、航空行业优化应用支持等工作。