针对CFRP优化设计过程中由于设计变量较多导致收敛慢的问题,提出一种基于变量分层的协同优化设计方法。该方法中,将协同优化分为系统层面与子层面,子层面包括结构层面与材料层面,结构件的截面轮廓控制节点及其权因子作为结构层面的局部变量进行NURBS结构优化设计,CFRP铺层角度作为材料层面的局部变量进行固有频率优化设计,提取结构件总厚度作为系统层面的公共变量,通过子层面与系统层面设计变量的交互实现CFRP结构件宏细观协同优化设计。以汽车CFRP顶盖协同优化设计为算例,验证所提方法的可行性。优化结果表明汽车CFRP顶盖在满足强度与刚度性能的条件下,与汽车钢制顶盖相比,质量降幅为74.5%,固有频率增幅为125.5%。与整体优化法相比,分层协同优化法的优化效率显著提高。

胶接技术借助胶粘剂将结构连接成一个不可拆卸的整体,已被广泛应用于树脂基复合材料的连接,针对在静态拉伸载荷作用下的复合材料件单搭接胶接结构进行可靠性分析。首先对复合材料层合板和胶粘剂分别进行应力分析,通过Tsai-Hill失效准则确定单层板状态得到层合板各单元抗力,并根据胶粘层的应力分布规律得到胶层单元抗力。然后对整体结构进行失效分析,把胶接结构视为各单元因载荷相关的串联系统,通过各单元抗力的最小值与载荷的差是否大于零判定系统是否可靠。最后利用Monte-Carlo法计算得到胶接结构系统可靠度。该方法为复合材料胶接结构的广泛应用奠定了理论基础。