(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111537060.3 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 中国航空工业 集团公司成 都飞机设 计研究所 地址 610091 四川省成 都市青羊区日月大 道1610号 成都飞机 设计研究所计划发 展部 (72)发明人 陈金睿　夏银　王彤　熊晓枫　 齐利剑　丁祝攀　 (74)专利代理 机构 中国航空专利中心 1 1008 代理人 王世磊 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 113/26(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种复合材料整体纵横加筋框铺层设计方 法 (57)摘要 本发明属于复合材料结构设计技术领域， 具 体涉及一种复合材料整体纵横加筋框铺层设计 方法。 本方法系统性地给出了复合材料整体纵横 加筋框的铺层设计方法， 解决了纵向或横向加筋 中哪些筋条应该连续、 哪些筋条应该断开的铺层 设计难题， 提高了复合材料整体纵横加筋框的整 体力学性能。 权利要求书5页 说明书15页 附图6页 CN 114357826 A 2022.04.15 CN 114357826 A 1.一种复合材 料整体纵横加筋框铺 层设计方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1： 确定复合材料整体纵横加 筋框的载荷工况、 纵横加筋布局、 加筋板尺寸参数， 按 照规定顺序对框缘、 纵向筋条、 横向筋条及纵向和横向筋条交汇点进行 标记； 步骤2： 对 复合材料整体纵横加 筋框在各种载荷工况下的受力情况进行静力学分析， 得 到各种载荷工况 下复合材 料整体纵横加筋框上纵向和横向筋条的应力分布； 步骤3： 根据各种载荷工况下复合材料整体纵横加 筋框上纵向和横向筋条的应力分布， 采用最大应力折减系数法提取并标记纵向和横向筋条上的重要总体载荷应力区和重要局 部载荷应力区； 步骤4： 根据复合材料整体纵横加 筋框的重要总体载荷应力区和重要局部载荷应力区， 确定纵向和横向总体传力路径、 纵向和横向局部传力路径位置； 步骤5： 根据复合材料整体纵横加 筋框重要局部载荷应力区、 纵向和横向局部传力路径 位置， 分别确定纵向和横向局部传力路径的连续长度； 根据复合材料整体纵横加筋框重要 总体载荷应力区、 纵向和横向总体传力 路径位置， 分别确定纵向和横向总体传力路径的连 续长度； 步骤6： 根据各条纵向和横向总体主传力路径、 纵向和横向局部传力路径的连续长度进 行铺层设计。 2.根据权利要求1所述的一种复合材料整体纵横加筋框铺层 设计方法， 其特征在于， 所 述步骤1中， 所述复合材料整体纵横加筋框的框缘、 纵向筋条、 横向筋条及纵向和横向筋条 交汇点标记方法如下： 根据从上到下、 从左到右的顺序对加筋框的外缘条、 纵向或横向筋条进行标记； 其中， 按照从上到下的顺序， 横向外框缘和横向筋 条依次标记为H0、 H1、 H2、……Hm、……HM+1， 其中M 为横向筋条的数量， 1≤m≤M； H0表示为最上侧的外框缘， HN+1表示为最下侧的外框缘； H1、 H2、……Hm、……HM表示从上到下第1、 2、 ……、 m、……M根横向筋条； 同理， 按照从左到右的顺 序， 将纵向外框缘和纵向筋条依次标记为Z0、 Z1、 Z2、……Zn、……ZN+1， 其中N为纵向筋条的数 量， 1≤n≤N； 按照从上到下、 从左到右的顺序， 将纵向和横向筋条之间的交汇 点标记为An,m， 表示第n根纵向筋条与第m根横向筋条之间的交汇点； 框缘与框缘之间、 框缘与筋条之间交 汇点的标记方法同理； 按照从上到下， 从左到右的顺序， 将交汇点An,m与An,m+1之间的筋条进 行标记为 表示位于纵向筋条Zn上， 被第m和第m+1根横向筋条分割的筋条小段； 将交 汇点An,m与An+1,m之间的筋条进行标记为 表示位于横向筋条Hm上， 被第n和第n+1根纵 向筋条分割的筋条小段； 根据定义， 横向筋条Hm由 首尾连接而成， 纵向筋条Zn由 首尾连接而成。 3.根据权利要求2所述的一种复合材料整体纵横加筋框铺层 设计方法， 其特征在于， 所 述步骤2中， 采用有限元仿 真分析手段， 运用壳单元或者 实体单元对复合材料纵横加筋框进 行有限元建模， 网格尺寸根据网格收敛性分析结果确定； 将复合材料整体纵横加筋框材料 简化设置为各向同性材料， 载荷条件依 次设置为每一种 载荷工况， 边界条件根据复合材料 整体纵横加筋框的实际边界进 行简化处理， 采用静力学线性分析方法计算得到每一种载荷权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114357826 A 2工况下复合材 料整体纵横加筋框的纵向和横向筋条vo n Mises应力分布。 4.根据权利要求3所述的一种复合材料整体纵横加筋框铺层 设计方法， 其特征在于， 所 述步骤3中， 采用最大应力折减系 数法提取并标记所有总体载荷工况下 的重要总体载荷应 力区， 其方法为： 假设共有I种总体载荷工况， 针对任意第i种总体载荷工况， 其中， 1≤i≤I， 将纵向和横向筋条von  Mises应力分布中的应力负值取绝对值， 考察任意纵向筋条Zn上的 任意筋条小段 在该总体载荷工况下的最大应力值， 记为 将I个总体载荷工 况下该筋条小段的最大应力值设为一个集合， 定义该集合的最大值为 即 同理任意横向筋条Hm上的任意筋条小段 在全部总体载荷 工况下的最大应力值为 按照数值从大到小的顺序将全部 纵向和横向筋条的筋条小段在全部总体载荷工况下的最大应力值smax排列， 得到 其中数值2MN+M+N表示N个纵向筋条和M个横向筋条所包含的 全部全部筋条小段的数量 ； 定义最大应力折减系数η， 其中0≤η≤1 ， 若满足 其中1≤x≤2MN+M+N， 则 所在的筋条小段定义为重要总体载荷应力 区； 采用最大应力折减系数法提取并标记所有局部载荷工况下的重要局部载荷应力区， 其 方法为： 假设共有J种局 部载荷工况， 针对任意第j种局 部载荷工况， 其中， 1≤j≤J， 将纵向 和横向筋条von  Mises应力分布中的应力负值取绝对值， 考察任意纵向筋条Zn上的任意筋 条小段 在该局部载荷工况下的最大应力值， 记为 同理任意横向筋条Hm上的 任意筋条小段 在第j种局部载荷工况下的最大应力值为 定义最大应力折减 系数λ， 其中0≤λ≤1， 若满足 或者 则 或者 所在的筋条小段定义 为第j种局部载荷工况 下的重要局部载荷应力区。 5.根据权利要求4所述的一种复合材料整体纵横加筋框铺层 设计方法， 其特征在于， 所 述步骤4中， 根据重要总体载荷应力区确定纵向或横向总体传力 路径位置， 其方法为： 若某 根筋条上含有一处及一处以上的重要总体载荷应力区， 则该整条筋条为 纵向或横向总体传 力路径； 所述纵向或横向总体传力路径分为纵向总体传力 路径和横向总体传力路径； 假设 共有 个筋条为横向总体传力路径， 个筋条为纵向总体传力路径； 个横向总体传力路 径中， 考察任意第m根横向筋条上的所有重要总体载荷应力区， 比较这些重要总体载荷应力 区中的应力， 提取其最大值定义为smax|Hm； 按照smax|Hm从大到小， 依次将横向总体传力路径 标记为 同理， 个纵向总体传力路径 中， 按照纵向筋条所有重要总体 载荷应力区的最大应力值sm a x|Zn从大到小， 依次将纵向总体传力路径标记为权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114357826 A 3