一种辐板、铺层方法及铺层优化方法技术

本发明专利技术提供了一种辐板、铺层方法及铺层优化方法，属于辐板铺层技术领域，其中辐板为中心设置有轴孔的回转体结构，辐板的回转截面包括：区块

【技术实现步骤摘要】
一种辐板、铺层方法及铺层优化方法


[0001]本专利技术属于辐板铺层
，特别涉及一种辐板、铺层方法及铺层优化方法。

技术介绍

[0002]连续纤维增强复合材料除了拥有优异的力学性能外，结构设计上高度的灵活性同样是其一大特性。不同于常见的金属材料结构，连续纤维增强复合材料结构件往往需要由一层一层的预浸料进行堆叠才能得到相应预制件的形状尺寸，整个结构包含厚度变化、铺层层数、铺层角度、铺层顺序等诸多结构信息。
[0003]为了对传动系统进行进一步的减重，提高比功率。碳纤维齿轮辐板作为金属齿轮辐板轻量化的替代品，可以为整体结构带来显著的减重，同时满足所要求的结构性能。但如何使碳纤维辐板具有最佳的力学性能是一大难题。除了进行传统的结构设计与优化外，根据结构的受载特点，通过特定的铺层设计与优化同样可以显著提升碳纤维辐板结构的力学性能。但结构的复杂性带来了铺层数目、铺层角度多等设计问题，使得当前碳纤维辐板铺层设计优化还停留在传统的经验法。如何高效地得到碳纤维齿轮辐板的最佳铺层顺序，得到更好的结构性能是有待解决的问题。
[0004]当前国内外对于碳纤维齿轮辐板的铺层设计优化还较为少见。其中Anderson等人在对先进传动系统中的齿轮进行碳纤维轻量化设计时，列举了多种不同的铺层设计顺序，并对比了不同铺层设计所对应的结构性能。他们首先构建了如图1所示的碳纤维齿轮辐板铺层CAE模型，通过对每一层铺层单元的构建，准确地表达出了辐板结构的铺层信息。在铺层顺序优化时，他们对比了常见的[0
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]铺层所对应的分析结果。
[0005]Anderson等人提出的碳纤维齿轮辐板铺层设计方法很好地反应出铺层设计对于辐板结构的力学性能会产生较大的影响，并且他们基于经验法给出了相应的铺层设计指导。但是，对于最佳的铺层顺序探索他们并未解决。
[0006]因此当前对于碳纤维齿轮辐板的铺层设计与优化还处于初期阶段，这使得结构的潜能不能被完全挖掘，使得辐板铺层的过程趋向于保守，因此亟需开发一种铺层方法与优化方法完善整个碳纤维齿轮辐板的铺层过程。

技术实现思路

[0007]为了解决
技术介绍
中至少一个问题，本专利技术提出一种辐板、铺层方法及铺层优化方法。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种辐板，所述辐板为中心设置有轴孔的回转体结构，所述辐板的回转截面包括：
[0010]区块Ⅰ，为辐板最内侧区域，沿辐板第一径向厚度不变；
[0011]区块Ⅱ，与区块Ⅰ连接，沿辐板第一径向厚度不变；
[0012]区块Ⅲ，为用于连接区块Ⅰ和区块Ⅱ的加强筋，所述区块Ⅲ沿第一径向厚度逐渐减
小；
[0013]区块Ⅳ，与所述区块Ⅱ远离区块Ⅰ的一端连接，且所述区块Ⅳ沿第一径向厚度逐渐减小；
[0014]区块
Ⅴ
，与所述区块Ⅳ远离区块Ⅳ的一端连接，且所述区块
Ⅴ
沿第一径向厚度逐渐减小。
[0015]优选地，所述第一径向为所述辐板的最内侧指向辐板最外侧的方向。
[0016]优选地，所述辐板的材料包括碳纤维。
[0017]一种辐板的铺层方法，用于上述的辐板进行铺层，包括以下步骤：
[0018]进行交替铺层，直至形成区块Ⅳ和区块
Ⅴ
中厚度逐渐减小的区域；
[0019]进行交替铺层，直至形成区块Ⅲ中厚度逐渐减小的区域。
[0020]优选地，进行交替铺层，形成区块Ⅳ和区块
Ⅴ
中厚度逐渐减小的区域，包括以下步骤：
[0021]沿第一径向对区块Ⅰ、区块Ⅱ、区块Ⅳ和区块
Ⅴ
进行连续铺层，得到第一铺层；
[0022]或，沿第一径向对区块区块Ⅱ、区块Ⅳ和区块
Ⅴ
进行连续铺层，得到第二铺层；
[0023]沿第一径向对区块Ⅰ和区块Ⅱ进行连续铺层，得到第三铺层；
[0024]第一铺层和第三铺层交替堆叠，或对第二铺层和第三铺层交替堆叠。
[0025]优选地，进行交替铺层，直至形成区块Ⅲ中厚度逐渐减小的区域，包括以下步骤：
[0026]沿第一径向对区块Ⅰ和区块Ⅱ进行连续铺层,直至区块Ⅱ最外侧，得到第四铺层；
[0027]沿第一径向对区块Ⅰ和区块Ⅱ进行连续铺层，直至区块Ⅱ的中点，得到第五铺层；
[0028]沿第一径向对区块Ⅰ和区块Ⅱ进行连续铺层，直至区块Ⅱ的厚度起始变化的部位，得到第六铺层；
[0029]交替堆叠第四铺层、第五铺层和第六铺层。
[0030]一种辐板的铺层优化方法，用于初始铺层，所述初始铺层为第一铺层、第二铺层、第三铺层、第四铺层、第五铺层和第六铺层中的任一个。
[0031]优选地，铺层优化方法包括以下步骤：
[0032]生成多组初始铺层的角度变量；
[0033]将生成的角度变量代入辐板的有限元模型中，进行CAE分析，从而得到每个初始铺层对应的目标取值；
[0034]角度变量以及对应的目标取值作为遗传算法的初始输入参数，得到下一代铺层角度解；
[0035]判断当前得到的铺层角度解以及对应的目标取值是否达到优化的终止条件，若解收敛或者优化达到最大迭代次数，则输出最终的收敛解。
[0036]优选地，所述角度变量的取值为0
°
、30
°
或60
°
。
[0037]本专利技术的有益效果：
[0038]1、本专利技术的辐板将回转截面分为多个区块，通过对各区块按固定顺序进行铺层，得到了更优的辐板结构；
[0039]2、本专利技术的辐板摆脱传统铺层方法所带来的限制，通过对辐板结构进行厚度分区，确定了碳纤维辐板的铺层方法，以及通过将CAE分析与遗传算法相结合实现碳纤维辐板铺层优化的灵活性和智能性，得到理论上力学性能最佳的铺层结构；
为厚度不变的多层铺层结构，区块Ⅲ、Ⅳ和
Ⅴ
为厚度连续变化的变铺层结构。
[0059]需要进一步说明的是，在图3中区块Ⅰ和区块Ⅱ的左侧是等厚度的，在图4中,区块Ⅱ的厚度是大于区块Ⅰ的，这对于辐板的铺层是有影响的，下面针对这两种情况对辐板的铺层方法进行说明：
[0060]以图3为例的辐板为例的一种辐板的铺层方法，包括以下步骤：
[0061]S1：进行交替铺层，直至形成区块Ⅳ和区块
Ⅴ
中厚度逐渐减小的区域；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种辐板，其特征在于，所述辐板为中心设置有轴孔的回转体结构，所述辐板的回转截面包括：区块Ⅰ，为辐板最内侧区域，沿辐板第一径向厚度不变；区块Ⅱ，与区块Ⅰ连接，沿辐板第一径向厚度不变；区块Ⅲ，为用于连接区块Ⅰ和区块Ⅱ的加强筋，所述区块Ⅲ沿第一径向厚度逐渐减小；区块Ⅳ，与所述区块Ⅱ远离区块Ⅰ的一端连接，且所述区块Ⅳ沿第一径向厚度逐渐减小；区块
Ⅴ
，与所述区块Ⅳ远离区块Ⅳ的一端连接，且所述区块
Ⅴ
沿第一径向厚度逐渐减小。2.根据权利要求1所述的一种辐板，其特征在于，所述第一径向为所述辐板的最内侧指向辐板最外侧的方向。3.根据权利要求1所述的一种辐板，其特征在于，所述辐板的材料包括碳纤维。4.一种辐板的铺层方法，其特征在于，用于对权利要求1
‑
3任一项所述的辐板进行铺层。5.根据权利要求4所述的一种辐板的铺层方法，其特征在于，包括以下步骤：进行交替铺层，直至形成区块Ⅳ和区块
Ⅴ
中厚度逐渐减小的区域；进行交替铺层，直至形成区块Ⅲ中厚度逐渐减小的区域。6.根据权利要求5所述的一种辐板的铺层方法，其特征在于，进行交替铺层，形成区块Ⅳ和区块
Ⅴ
中厚度逐渐减小的区域，包括以下步骤：沿第一径向对区块Ⅰ、区块Ⅱ、区块Ⅳ和区块
Ⅴ
进行连续铺层，得到第一铺层；或，沿第一径向对区块区块Ⅱ、区块Ⅳ和区块
Ⅴ
进行连...

【专利技术属性】
技术研发人员：严岳胜，危干军，沈瑞，扶碧波，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：