CN106476346B - 复合层压板 - Google Patents

复合层压板 Download PDF

Info

Publication number
CN106476346B
CN106476346B CN201610479935.1A CN201610479935A CN106476346B CN 106476346 B CN106476346 B CN 106476346B CN 201610479935 A CN201610479935 A CN 201610479935A CN 106476346 B CN106476346 B CN 106476346B
Authority
CN
China
Prior art keywords
plate layer
plate
group
panel
equation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610479935.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106476346A (zh
Inventor
阿德里安娜·威廉普耶·布洛姆
劳拉·舒米·康
迈克尔·安德鲁·埃普顿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boeing Co
Original Assignee
Boeing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boeing Co filed Critical Boeing Co
Publication of CN106476346A publication Critical patent/CN106476346A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106476346B publication Critical patent/CN106476346B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/12—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer characterised by the relative arrangement of fibres or filaments of different layers, e.g. the fibres or filaments being parallel or perpendicular to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/10—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/02—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by a sequence of laminating steps, e.g. by adding new layers at consecutive laminating stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/10—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C1/00—Fuselages; Constructional features common to fuselages, wings, stabilising surfaces or the like
    • B64C1/06—Frames; Stringers; Longerons ; Fuselage sections
    • B64C1/12—Construction or attachment of skin panels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C3/00—Wings
    • B64C3/26—Construction, shape, or attachment of separate skins, e.g. panels
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/20—All layers being fibrous or filamentary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/536—Hardness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/732—Dimensional properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B32B2605/18—Aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2607/00—Walls, panels
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/24—Sheet material
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/26—Composites
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/28—Fuselage, exterior or interior

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

提出一种复合层压板。复合层压板包括具有非传统角度的多个板层。多个板层的每个具有相应的形状，被配置为最小化遍历所有多个板层的板层边界的整体长度。复合层压板具有的刚度等于传统复合层压板的期望刚度。

Description

复合层压板
相关申请的交叉引用
本申请涉及于2015年8月26日提交的美国专利申请序列号No. 14/836,333、标题为“板层混合和层叠顺序”的专利申请，通过引用将其全部内容结合于本文中。
技术领域
本公开总体上涉及复合结构，具体地，涉及复合结构的铺层(layup)。更加具体地，本公开涉及用于确定复合结构的铺层的方法和设备。
背景技术
以越来越大比例的复合材料设计和制造飞行器。在飞行器中使用复合材料以减少飞行器的重量。这些减少的重量改善了性能特征，如有效载重量和燃油效率。进一步地，复合材料为飞行器中的各种组件提供了更长的使用寿命。
复合材料可以是通过将两种以上功能性成分组合所产生的坚硬的、轻型材料。例如，复合材料可包括结合在聚合物树脂基质中的增强性纤维。在复合材料中使用的树脂可包括热塑性树脂或热固性树脂。热塑性材料可在加热时变软并可在冷却时变硬。热塑性材料可重复地被加热和冷却。热固性材料可在加热时变硬。纤维可以是单向的或者可以采用纺布或织物形式。
在制造复合结构中，复合材料层通常铺设在工具上。层可由薄片状的纤维组成。这些薄片可以采用织物的、带子的、纤维束的形式或其他合适的形式。在某些情况中，树脂可被浸渍或预浸透入薄片中。这些类型的薄片通常指的是预浸料。
预浸料的不同层可铺设在不同的方向，并且根据制造的复合结构的厚度可使用不同层数。这些层可手动或通过使用如纤维铺放系统的自动化设备铺设。在复合材料层铺设在工具上之后，复合材料层可通过暴露在温度和压力下而被加固或固化，因此形成最终的复合结构。
传统的复合结构可包括四种类型的复合层：0度层、45度层、-45度层和90度层。这四个角度可传统上并且广泛地使用于形成复合结构，如复合蒙皮。复合结构的性能可通过改变四种复合层的数量来改变。
现在，制造设备的发展使得能够在复合层中使用其他纤维角度。然而，需要设计具有非传统角度的复合层的复合结构的方法。此外，需要方法来分析具有非传统角度的复合层的复合结构的预期性能。因此，期望提供不仅考虑了至少上述某些问题以及其他可能问题的方法和设备。
发明内容
在一示意性实施方式中，提出一种复合层压板。复合层压板包括具有非传统角度的多个板层。多个板层的每个相应具有的形状被配置为最小化在全部多个板层上的板层边界的总长度。复合层压板具有的刚度等于传统复合层压板的期望的刚度。
在另一示意性实施方式中，提出一种复合层压板。复合层压板包括由具有非传统纤维角度的多个板层构成的多个面板。每个面板与相邻面板共享至少一个板层。
特征和功能能够单独在本公开的各种实施方式中实现，或者可与其他实施方式结合，参考下方示意性书和附图能够了解到进一步的细节。
附图说明
在所附权利要求中陈述被认为是示意性实施方式的特性的新颖特征。然而，示意性实施方式以及优选的使用方式及其目的和特征在参照本公开的示意性实施方式的以下详细描述时将能够最好地得到理解，其中结合附图阅读对本公开的示意性实施方式进行描述，其中：
图1是可实施示意性实施方式的飞行器的示意图；
图2是根据示意性实施方式的用于确定复合结构的铺设的处理的流程示图；
图3是根据示意性实施方式的用于确定复合结构的铺设的处理的流程示意图；
图4是根据示意性实施方式的用于形成复合结构的处理的流程示意图；
图5A和图5B是根据示意性实施方式的制造环境的框图的示意图；
图6是是根据示意性实施方式的复合结构的模型的二维视图的示意图；
图7是根据示意性实施方式的多个面板组的示意图；
图8是根据示意性实施方式的多个面板组的示意图；
图9是根据示意性实施方式的多个面板组的板层顺序的示意图；
图10是根据示意性实施方式的板层布置的分解图；
图11是根据示意性实施方式的板层顺序中的板层的示意图；
图12是根据示意性实施方式的数据处理系统的框图的示意图；
图13是根据示意性实施方式的制造环境的框图的示意图；
图14是根据示意性实施方式的飞行器制造和保养方法的框图的示意图；以及
图15是可实施示意性实施方式的飞行器的框图的示意图。
具体实施方式
不同的示意性实施方式认识和考虑一个或多个不同的注意事项。例如，不同的示意性实施方式认识和考虑传统复合结构中的复合层的形状，而可不考虑层的形状会如何影响制造率。
不同的示意性实施方式认识和考虑期望以非传统的铺层替换传统的复合铺层。例如，如果由非传统铺层形成的组件与传统铺层具有相同的刚度，通常由传统铺层形成的组件可具有期望的特性。
不同的示意性实施方式认识和考虑由刚度决定的负荷路径。因此，将会期望非传统铺层与被替换的传统铺层具有相同的刚度。改变一个组件的刚度不仅影响该组件的性能，也影响结构中的其他组件的性能。
不同的示意性实施方式认识和考虑因为多种原因期望以非传统铺层替换传统复合铺层。从传统铺层改变为非传统铺层可通过改变纤维角度排列来避免不期望的损伤模式。
不同的示意性实施方式认识和考虑，如果组件的原始厚度没有被指定为板层厚度的整数倍，则期望以非传统层压板替换传统层压板。不同的示意性实施方式进一步认识和考虑从传统铺层改变为非传统铺层，可产生具有相同刚度属性但具有不同板层厚度的复合组件。
不同的示意性实施方式还认识和考虑某个板层角度会导致不期望的制造结果。因此，不同的示意性实施方式认识和考虑，以非传统铺层替换传统铺层可避免使用可导致不期望的制造结果的某些板层角度。
不同的示意性实施方式还认识和考虑，使用层压参数可针对单个非传统复合铺层确定复合层顺序。层压参数是层的层叠顺序的简洁表示。层压参数可以是无量纲参数，与厚度和材料不变量一起独立于板层数量描述层压刚度矩阵。
不同的示意性实施方式认识和考虑，复合材料可以是N个板层铺层，具有角度(θ1，θ2，…，θN)和板层位置(z0＝-t/2，z0<z1<z2,…zN＝t/2)，其中t是N个板层的整体厚度。复合材料可使用由方程(1)至(3)定义的12个层压参数(V1A，V2A，V3A，V4A)、(V1B，V2B，V3B，V4B)和(V1D，V2D，V3D，V4D)描述。
为了最优化，定义标准化的层压参数是有帮助的。
其中
存在对层压参数的附加限制条件以保证层压参数的结合是可行的。
标准化的层压参数、厚度和刚度矩阵A、B、D之间的关系由方程(8) 至方程(10)给出：
其中(U1、U2、U3、U4和U5)是仅依赖于板层材料属性的材料不变量，并且定义如下：
以及
Q22＝G12
通过引入如下标准化A、B、D矩阵方程(8)至方程(10) 可用矩阵表示法表示：
不同的示意性实施方式还认识和考虑：针对复合结构中的相邻非传统复合铺层确定复合层顺序是期望的。然而，在相邻非传统复合铺层的层之间提供连续性的方法是未知的，铺层精确匹配规定的厚度和刚度。例如，对于规定的层压参数集合和层数，可能有无数的层叠顺序。因此找出匹配纤维角度的相邻非传统复合铺层的层叠顺序的组合是不太可能的，并且寻找匹配的层叠顺序将非常耗时。
因此，可期望获得用于确定精确匹配期望的厚度和刚度分布的复合结构铺层的方法和设备。例如，可期望获得用于确定非传统复合结构的板层的顺序和相关纤维角度的方法和设备。
现在参考附图，并且具体地，参考图1，描述了可实施示意性实施方式的飞行器(aircraft，飞机)的示意图。在此示意性实例中，飞行器100 具有附接至机身106的机翼102和机翼104。飞行器100包括附接至机翼 102的发动机108和附接至机翼104的发动机110。
机身106具有尾部112。水平尾翼114、水平尾翼116和垂直尾翼118 附接至机身106的尾部112。
飞行器100是具有复合结构的飞行器的实例，复合结构的铺层可根据示意性实施方式确定。例如，机翼104的复合蒙皮120的铺层可根据示意性实施方式确定。作为另一个实例，机翼102的复合蒙皮122的铺层可根据示意性实施方式确定。作为另一实例，机身106的复合蒙皮124可根据示意性实施方式确定。
提供此飞行器100的示意图的目的是为了示出可以实施不同的示意性实施方式的一种环境。图1中示出的飞行器100不意味着暗示对不同的示意性实施方式可实施的方式进行结构限制。例如，飞行器100被示出为商业客机。不同的示意性实施方式可应用于其他类型的飞行器，如私人客机、直升飞机和其他合适类型的飞行器。
虽然关于飞机描述示意性实施方式的示意性实例，但是示意性实施方式可应用于其他类型的平台。例如，平台可以是移动平台、固定平台、陆地类结构、水上类结构和空间类结构。更加具体地，平台可以是水面舰艇、坦克、兵员运输车、火车、宇宙飞船、空间站、卫星、潜水艇、汽车、生产设施、建筑和其他合适的平台。
现在转向图2，描述了根据示意性实施方式的用于确定复合结构的铺层的处理的流程示意图。处理200可以是用于确定图5A的板层布置509 的处理。在一些示意性实例中，处理200可用于形成图1的飞行器100的复合蒙皮120。
处理200可开始于接收复合结构的期望的厚度和期望的刚度分布(操作202)。在一些示意性实例中，复合结构可以是非传统复合层压结构。在一些示意性实例中，期望的刚度可以以层压参数的形式呈现。
复合结构的模型可分为多个面板(操作204)。在一些示意性实例中，多个面板可以具有大致相同的尺寸和形状。在一些示意性实例中，多个面板可包括多于一种尺寸或多于一种形状的至少一者。在一些示意性实例中，多个面板的第一面板和第二面板具有不同板层数。
如本文所使用的，短语“至少一项”在与项目列表一起使用时，意指可使用一个或多个所列项目的不同组合并且仅需要列表中每个项目的一个。换言之，“至少一项”意指可从列表使用项目的任何组合和任何数量的项目，但并不是需要列表中的所有项目。项目可以是具体的对象、事物或类别。
例如，“项目A、项目B和项目C中的至少一项”可包括但不限于项目A、项目A和项目B、或者项目B。此实例还可包括项目A、项目B 和项目C、或者项目B和项目C。当然，可提供这些项目的任意组合。在另一实例中，例如，“至少一项”可以是但不限于两个项目A；一个项目B；以及十个项目C；四个项目B和七个项目C；或者其他合适的组合。
使用复合结构的期望厚度和期望刚度分布，可针对多个面板中的每个面板确定层压参数集合和板层数量(操作206)。可使用目标函数确定多个面板的每个板层的板层形状(操作208)。目标函数可与限制条件(如图 5B的期望条件541)一起使用。
可存在多个期望条件与目标函数一起使用。在一个示意性实例中，在操作208中，多个面板的每个板层的板层形状可通过最大化目标函数来确定：
其中，s是板层顺序(sequence，序列)变量，S是多个板层顺序的数量，p，q是面板变量，P是多个面板的数量，以及Yp，q，s是表示面板之间的连接性的二元变量。如果面板p和q都出现在板层顺序s中，则Yp，q，s是1，反之则Yp，q，s是0。在整体(integer)编程中，此条件可通过下方约束条件实现：
对于所有的Y，限定(1≤p≤P，p＜q≤P，s＝1...S)
在此方程中，是二元变量，其表示如果在板层顺序s的面板p中存在板层(值为1)或缺少板层(值为0)。函数λ(p)提供与面板p相关的面板组指数(index，索引)。
期望条件可包括板层顺序的总数量大于等于任何面板的最大板层数量。可描述为：
其中是二元变量，当面板组l中的板层在板层顺序s中出现则是1，并且反之则是0，并且tl是面板组l的板层数量。
全部板层顺序需要包括至少一个板层。没有此期望条件，解决方法将使用少于提供的板层顺序，能够导致将解决的方程数量大于可用的变量数量。
期望条件可包括重复板层限制。重复板层限制可表示为
其中Zs，k是二元变量，如果板层顺序s匹配唯一的板层顺序k，则是1，反之则是0，并且D是重复板层限制条件。
期望条件还可包括自由度的度量。自由度可包括，当两个组的铺层具有板层数量的差异少于层压参数数量时，至少在两个组之间具有与层压参数数量相等的不同层的数量以进行匹配：
具有厚度差异＜V的全部组l和k
其中，Wl，k，s是二元变量，如果l和k在板层顺序s上是有效的则是1，或者反之则是0，其中，tl是铺层l的板层数量，其中tk是铺层k的板层数量，并且其中V是每个面板将匹配的层压参数的量。在整体编程中，变量Wl，k，s由下方两个限制条件定义：
对于全部W，定义(具有厚度差异＜V的全部组l和K)
为了增加减少重复板层顺序数量的机会而不引入重复板层限制条件，在目标函数中会引入噪声。在一些示意性实施方式中，具有噪声的目标函数可表示为：
其中，ε由种子随机数生成来生成，并且足够小而不影响最优化。在此，ε可视为小微扰，以便阻止针对多个板层顺序产生相同形状的板层。
多个面板的每个板层的纤维角度可被确定为使得复合结构的模型具有的刚度等于期望的刚度(操作210)。此后，处理结束。
在一些示意性实施方式中，每个板层的纤维角度可使用包括多个层压参数和多个角度变量的方程系统确定。方程系统包括用于多个面板的多个方程。在一些示意性实施方式中，多个面板可安排成多个组。多个组的每个可具有的方程数量等于组的层压参数集合中的层压参数的数量。图7的第一组702的方程组可以是：
在此示意性实例中，第一组702的层压参数集合具有四个层压参数。因此，可针对第一组702提供四个方程。如上所示，第一组702具有方程 25、方程26、方程27和方程28。
方程25、方程26、方程27和方程28的每个包括分数1/14。分数1/14 对应于第一组702中的总板层数量分之一。如在图7至图9中能够看出的，第一组702具有十四个板层。
在方程25、方程26、方程27和方程28的每个中，板层角度θs仅存在用于组702中具有板层的那些板层顺序。换言之，仅第一组702中具有板层的板层顺序才出现在方程25、方程26、方程27和方程28中。例如，方程25、方程26、方程27和方程28的每个包括θ1。θ1出现在方程25、方程26、方程27和方程28的每个中，因为第一组702在图9的第一板层顺序914中具有“1”。同样地，θ2出现在方程25、方程26、方程27和方程28的每个中，因为表示第一组702的列906在图9的第二板层顺序916 中具有“1”。第十一板层顺序934是具有第一组702的“1”的最后的板层顺序，因此，θ14是出现在方程25、方程26、方程27和方程28的最后的板层角度。图9的板层顺序15没有出现在方程25、方程26、方程27 和方程28的任何一个中。方程25、方程26、方程27和方程28将与第二组704、第三组706和第四组708的方程结合以构成方程系统。
第二组704具有四个层压参数。因此，第二组704也具有四个方程。第二组704的方程组可以是：
如上所示，第二组704具有方程29、方程30、方程31和方程32。方程29、方程30、方程31和方程32的每个包括分数1/18。分数1/18对应于第二组704中的板层数量分之一的分数。如在图7至图9中能够看出的，第二组704具有十八个板层。
在方程29、方程30、方程31和方程32的每个中，板层角度θk仅存在用于具有在第二组704出现的板层的那些板层顺序。换言之，只有具有第二组704的板层的板层顺序才将出现在方程29、方程30、方程31和方程32中。例如，方程29、方程30、方程31和方程32的每个包括θ1。θ1出现在方程29、方程30、方程31和方程32的每个中，因为表示第二组 704的列910在图9的第一板层顺序914中具有“1”。同样地，θ2出现在方程29、方程30、方程31和方程32的每个中，因为第二组704在图9 的第二板层顺序916中具有“1”。第二组704不具有θ4和θ10，因为第二组 704在图9的板层顺序4和板层顺序10中具有“0”。方程29、方程30、方程31和方程32将与第一组702、第三组706和第四组708的方程结合从而构成方程系统。
第三组706具有四个层压参数。因此，第三组706也具有四个方程。第三组706的方程组可以是：
如上所示，列912表示第三组706具有方程33、方程34、方程35和方程36。方程33、方程34、方程35和方程36的每个包括分数1/20。分数1/20对应于第三组706中的板层数量分之一的分数。如在图7至图9 中能够看出的，第三组706具有二十个板层。
在方程33、方程34、方程35和方程36的每个中，板层角度θk存在仅用于具有出现在第三组706中的板层的那些板层顺序。换言之，只有具有第三组706的板层的板层顺序才出现在方程33、方程34、方程35和方程36中。例如，方程33、方程34、方程35和方程36的每个包括θ1。θ1出现在方程33、方程34、方程35和方程36的每个中，因为第三组706 在图9的第一板层顺序914中具有“1”。同样地，θ2没有出现在方程33、方程34、方程35和方程36的任何一个中，因为第三组706在图9的第二板层顺序916中具有“0”。第三组706还不具有θ6，因为第三组706在图 9的板层顺序6中具有“0”。方程33、方程34、方程35和方程36将与第一组702、第二组704和第四组708的方程结合以构成方程系统。
第四组708具有四个层压参数。因此，第四组708也具有四个方程。第四组708的方程组可以是：
如上所示，第四组708具有方程37、方程38、方程39和方程40。方程37、方程38、方程39和方程40的每个包括分数1/16。分数1/16对应于第四组中的板层数量分之一的分数。如在图7至图9中能够看出的，第四组708具有十六个板层。
在方程37、方程38、方程39和方程40的每个中，板层角度θk仅存在用于具有第四组708出现的板层的那些板层顺序。换言之，仅具有第四组708的板层的板层顺序才出现在方程37、方程38、方程39和方程40 中。例如，方程37、方程38、方程39和方程40的每个包括θ1。θ1没有出现在方程37、方程38、方程39和方程40的任何一个中，因为第四组 708在图9的第一板层顺序914中具有“0”。同样地，θ2没有出现在方程 37、方程38、方程39和方程40的任何一个中，因为第四组708在图9 的第二板层顺序916中具有“0”。第四组708在第四板层顺序920、第五板层顺序922和第六板层顺序924中具有“1”。因此，θ5、θ7和θ8出现在方程37、方程38、方程39和方程40的每个中。
方程37、方程38、方程39和方程40的每个将与第一组702、第二组 704和第三组706的方程结合构成方程系统。总的来说，方程系统可表示为：
其中是层压参数，其中i是层压参数索引且l是铺层索引(面板组索引)，同时θs是板层角度，其中s是板层顺序编号，并且其中是板层索引，如果铺层l中的板层在顺序s中出现则是1，且如果板层在顺序s中不存在则是0。
在这些方程中，可通过求解方程组41的每个方程中的θs确定每个板层的板层角度。在方程组26中，是使用操作206中的期望厚度和期望刚度分布确定的层压参数。每个方程中的板层索引在操作208中确定。
现在转向图3，描绘了根据示意性实施方式的用于确定复合结构的铺层的处理的流程图的示意表示。处理300可以是用于确定图5A的板层布置509的处理。在一些示意性实例中，处理300可用于形成图1的飞行器 100的复合蒙皮120。
处理300可开始于接收复合结构的期望厚度和期望刚度分布(操作 302)。复合结构的模型可分解为多个面板(操作304)。
使用复合结构的期望厚度和期望刚度分布确定多个面板的每个面板的层压参数集合和板层数量(操作306)。使用目标函数确定多个面板的每个板层的板层形状。使用目标函数确定多个面板的每个板层的板层形状包括：将多个面板中具有相同板层数量和相同层压参数集合的面板分成组，以形成多个组，并且为多个组产生多个板层顺序。多个组的一组的每个面板具有相同铺层。多个板层顺序的每个表示多个面板中的至少一个面板的板层(操作308)。铺层可表示板层的集合和贯通面板厚度的各个板层角度。
多个面板的每个板层的纤维角度被确定。确定多个面板的每个板层的纤维角度包括：为多个组的每个组产生多个层压参数的方程；将多个组的每个组的方程结合为系统；并且求解系统中的多个角度变量(操作310)。此后，处理结束。
现在转向图4，描绘了根据示意性实施方式的形成复合结构的处理的流程图的示意表示。处理400可以是用于确定图5A的板层布置509的处理。在一些示意性实例中，处理400可用于形成图1的飞行器100的复合蒙皮120。
处理400开始于接收复合结构的期望厚度和期望刚度分布(操作 402)。在一些示意性实施方式中，复合结构可以是非传统复合层压结构。
复合结构的模型可分解为多个面板(操作404)。使用复合结构的期望厚度和期望刚度分布，可确定多个面板的每个面板的层压参数集合和板层数量(操作406)。使用目标函数可确定多个面板的每个板层的板层形状(操作408)。可确定多个面板的每个板层的纤维角度(操作410)。板层可根据层叠顺序规则布置以构成板层布置，其中层叠顺序规则包括对称性、纤维角度大于45度差的板层的分离性或者避免板层聚集中的至少一项(操作412)。复合材料可根据板层布置来铺设以形成复合结构，其中复合结构具有的刚度等于期望刚度(操作414)。此后，处理结束。
在一些示意性实例中，使用目标函数确定多个面板的每个板层的板层形状包括：使多个面板中具有相同板层数量和相同层压参数的面板成组，以形成多个组；为多个组产生多个板层顺序；并且确定多个板层顺序的每个板层顺序的板层形状。在这些实例中，多个组的一组的每个面板具有相同的铺层。进一步地，在这些实例中，多个板层顺序的每个表示多个面板中的板层。
在一些示意性实例中，确定多个面板的每个板层的纤维角度包括：为多个组的每个组产生层压参数的方程；将多个组的每个组的方程结合为一个系统；并且求解系统中的多个角度变量。
不同描绘的实施方式中的流程图和框图示出了示意性实施方式的设备和方法的一些可行实施的结构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每个框可表示模块、部分、功能和/或操作或步骤的一部分。
在示意性实施方式的一些替换实施中，框中提及的功能或多种功能可不以附图中提到的顺序出现。例如，在一些情况中，连续示出的两个框可基本上同时地执行，或者框有时可以以相反顺序执行，这取决于涉及的功能。而且，除了流程图或框图中示出的框之外，可增加其他框。
例如，在一些示意性实例中，之后，处理200可根据层叠顺序规则布置板层以构成板层布置。在一些示意性实例中，层叠顺序规则包括对称性、制造限制条件、纤维角度大于45度差的板层的分离性或者避免板层聚集中的至少一项。
在一些示意性实例中，确定多个面板的每个板层的板层形状包括：最大化遍历所有多个面板的连接数量，其中当在多个面板的两个相邻面板之间存在公共板层时，则存在连接，并且其中连接数量是连接的总和。在一些示意性实例中，确定多个面板的每个板层的板层形状包括限制具有相同几何形状的板层数量少于层压参数的数量。
在一些示意性实例中，处理200还可包括将多个面板中具有相同板层数量和相同面内层压参数的面板分组，以构成多个组，其中多个组的一组的每个面板具有相同的铺层。在一个示意性实例中，处理300可进一步包括为多个组创建多个板层顺序，其中多个板层顺序的每个表示复合结构中的板层。在一些实例中，确定多个面板的每个板层的板层形状可包括最小化遍历所有多个组的板层边界的总长度。在一些实例中，系统是欠定的并且可能有多个解。在这些实例中，方法可进一步包括基于期望层叠顺序或板层形状匹配纤维角度中的至少一项选择多个解的一个。
在一些实例中，确定多个面板的每个板层的纤维角度包括：为多个组的每个组产生多个层压参数的方程；将多个组的每个组的方程结合为一个系统；并且求解系统中的多个角度变量。在一个实例中，多个板层顺序的数量至少等于多个组的数量乘以多个层压参数的数量。在一实例中，选择多个板层顺序的数量，以使得对于多个组中具有少于多个层压参数数量的板层的厚度差的任意两个组，至少存在与多个层压参数的数量相等的板层顺序的数量，其中两个组具有不同的板层存在或缺少的状态。
现在转向图5A和图5B，描绘了根据示意性实施方式的制造环境的框图的示意表示。制造环境500可以是用于制造飞行器501的至少一部分的环境。例如，制造环境500可以是用于飞行器501的复合结构502的设计或制造中的至少一项的环境。
在一些示意性实例中，图1的飞行器100可以是图5B的飞行器501 的物理实施。在一些示意性实例中，图1的复合蒙皮120可以是图5B的复合结构502的物理实施。
制造环境500的复合物设计系统503可用于设计复合结构502。在此示意性实例中，复合物设计系统503可使用软件、硬件、固件或其组合来实施。
例如而不限于，当使用软件时，由复合物设计系统503执行的操作可使用配置为在处理器单元上运行的程序代码实施。例如而不限于，当使用固件时，由复合物设计系统503执行的操作可使用程序代码和数据实施，并储存在永久性存储器中以在处理器单元上运行。
当采用硬件时，硬件可包括一个或多个电路，用于执行由复合物设计系统503执行的操作。依据实施方式，硬件可采用电路系统、集成电路、特定用途集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备或一些其他合适类型的硬件设备的形式，这些被配置为执行任何数量的操作。
可编程逻辑设备可被配置为执行特定操作。设备可被永久地配置为执行这些操作或可以是可重新配置的。例如而不限于，可编程逻辑设备可采用可编程逻辑阵列、可编程阵列逻辑、现场可编程逻辑阵列、现场可编程门阵列或者一些其他类型的可编程硬件设备。
在一个示意性实例中，复合设计系统503可在计算机系统504中实施。复合设计系统503可用于设计复合结构502。
复合结构502可以是非传统层压板505。在这些示意性实例中，非传统层压板505可以是不具有传统铺层的层压板。当复合结构502是非传统层压板505时，多个板层506可具有非传统纤维角度，如除了0°、90°或±45°的纤维角度。复合结构502可具有期望厚度507和期望刚度分布508。期望刚度分布508可以以任何合适的形式提供。在一些示意性实例中，期望刚度分布508可被提供为总厚度和面内层压参数。在另一个示意性实例中，期望刚度分布508可被提供为总厚度和传统层压板的已知板层角度的板层百分比。非传统层压板505可根据示意性实施方式设计为与传统层压板具有相同的刚度分布508，传统层压板具有总厚度和已知板层角度的板层百分比。
在另一个示意性实例中，期望刚度分布508可被提供为具有给定纤维角度和板层厚度的多个板层。在另一个示意性实例中，期望刚度分布508 可被提供为特定层叠顺序，不仅包括板层数量和角度，而且包括贯通厚度的板层顺序。在另一个示意性实例中，期望刚度分布508可被提供为层压刚度矩阵，还称作ABD矩阵，从厚度、层压参数或板层数量数据的之前的实例中的一项产生。层压刚度矩阵根据经典层压板理论使层压板中的面内和弯曲负荷与层压板中的面内应力和曲率相关。在一些示意性实例中，期望厚度507和期望刚度分布508可结合使用以确定层压参数集合。层压参数集合可以是面内层压参数(A)、面外层压参数(D)或耦合层压参数 (B)中的至少一项。耦合层压参数用于定义B刚度矩阵，如果铺层被定义为对称的，则为0。层压参数集合可以是面内层压参数的子集。
在一些示意性实例中，期望厚度507和期望刚度分布508可用于确定复合结构502的模型510的板层布置509。模型510可以是复合结构502 的虚拟表示。模型510可以分解为多个面板511。
多个面板511可基于期望厚度507和期望刚度分布508选择。在一些示意性实例中，多个面板511中的每个面板可具有相同的尺寸和形状。在一些示意性实例中，多个面板511可具有多个形状或多个尺寸的至少一项。在一些示意性实例中，多个面板511中的每个面板可以是矩形的。
多个面板511由多个板层512构成。多个板层512是复合材料的多个层的表示。多个板层512可以是复合结构502的多个板层506的表示。
多个面板511可分组为多个组513。多个组513中的每个组可包括多个面板511中具有相同板层数量和相同层压参数集合的一定数量的面板。在一些示意性实例中，多个组513的一组可仅包括一个面板。在一些示意性实例中，多个组513的一组可包括多于一个面板。在一些示意性实例中，如果多个面板的各个是相邻的，则仅将多个面板511的一定数量的面板分组。在一些示意性实例中，多个面板511的一定数量的面板可被分组，即使多个面板不是相邻的。示意性实例提供在图7中。
如所示的，多个组513包括第一组514和第二组515。第一组514包括第一面板516和第二面板517。第一面板516具有板层数量518和层压参数集合519。在一些示意性实例中，板层数量518可表示在复合结构502 的各部分中的板层数量。在一些示意性实例中，板层数量518可以仅是构成复合结构502的各部分的板层数量的一半。当仅一半数量的板层被模塑，复合结构502被认为是关于层压中心平面对称的，并且两半部分被同时地限定。
第二面板517具有板层数量520和层压参数集合521。在一些示意性实例中，板层数量520可表示在复合结构502的各部分中的板层数量。在一些示意性实例中，板层数量520可以仅是构成复合结构502的各部分的板层数量的一半。
如所示的，第一面板516的板层数量518可以与第二面板517的板层数量520相同。第一面板519的层压参数集合519可以与第二面板517的层压参数集合521相同。因此，第一面板516和第二面板517将具有铺层 522。铺层522可描述形成第一组514的顺序、纤维角度、板层形状或多个板层的其他特征的至少一项。
如所示的，第二组515包括面板数量523。面板数量523可包括任何期望的面板数量。在一些示意性实例中，面板数量523可包括一个面板。在一些示意性实例中，面板数量523可包括多于一个面板。面板数量523 中的每个面板与面板数量523中每个其他面板具有相同的板层数量和层压参数组。因此，面板数量523中的每个面板具有铺层524。铺层524可描述形成第二组515的顺序、纤维角度、板层形状或多个板层的其他特征的至少一项。
多个组513的数量525表示多个组513中的组数量。如所示的，多个组513的数量525是二。然而，多个组513的数量525可以是任何期望的值。在一些示意性实例中，数量525可以大于二。
可为多个组513创建多个板层顺序526。多个板层顺序526可以是多个组513的多个板层512的位置。多个板层顺序526可被描述为可用多个板层512填充的多个“缝隙”。出现在多个板层顺序526的一板层顺序中的多个板层512的板层在制造复合结构502的期间同时进行铺设。在多个板层顺序526的相同板层顺序中出现的多个板层512的所有板层具有相同纤维角度。在多个板层顺序526的相同板层顺序中的多个板层512的板层不需要是连续的。
多个板层512可构成多个组513。虽然多个板层512构成多个组513，多个板层512的每个板层可不出现在多个组513的每个中。多个板层512 的一些可仅出现在第一组514中。多个板层512的一些可仅出现在第二组 515中。多个板层512的一些可出现在第一组514和第二组515中。多个板层顺序526的每个板层顺序必须包括在多个组515的至少一个组中的多个板层512的至少一个板层。
第一组514可仅具有在多个板层顺序526的子集中的板层。第二组515 可仅具有在多个板层顺序526的子集中的板层。
多个板层顺序526包括第一板层顺序527、第二板层顺序528和第三板层顺序529。多个板层512的第一板层530出现在第一板层顺序527中。第一板层530出现在铺层522中而不出现在铺层524中。换言之，在铺层 524中没有第一板层530。
多个板层512的第二板层533出现在第二板层顺序528中。第二板层 533出现在铺层524中而不出现在铺层522中。换言之，在铺层522中没有第二板层533。
多个板层512的第三板层536出现在第三板层顺序529中。第三板层 536出现在铺层522和铺层524中。
多个板层顺序526中的多个板层512可具有板层形状539。板层形状 539可使用目标函数540来选择。在一些示意性实例中，板层形状539可包括多于一个形状。多个板层512的各板层的板层形状539可受到包括各板层的多个组513的那些组影响。选择板层形状539，以使得模型510具有复合结构502的期望厚度507。选择板层形状539，以使得多个组513 的每个组具有期望的板层数量。
目标函数540可基于期望条件541确定板层形状539。期望条件541 可以是用于最优化目标函数540的限制条件。期望条件541可以由用户设置。期望条件541可包括连接性542、重复板层限制543、方程544和差异545。重复板层限制543、方程544和差异545可影响方程548的系统 547的自由度546。在使用目标函数540确定板层形状539之后，方程548 的系统547可用于确定多个板层512的纤维角度549。具体地，多个板层顺序526的每个板层顺序可具有方程548的系统547中的板层角度变量。通过求解板层顺序526的特定板层顺序的板层角度变量的值，确定在各个板层顺序中的全部板层的纤维角度。多个板层512的板层的纤维角度从板层顺序526中其所属的板层顺序中得到。
在一些示意性实例中，期望条件541可包括最大化连接性542。在一些示意性实例中，连接性542可使用连接数量550描述。连接数量550是跨越所有多个面板511的连接的总和。如果在相同板层顺序中的板层在多个面板511的两个相邻面板中出现，则存在连接。
在其他示意性实例中，连接性542可使用板层边界长度551描述。板层边界是在一个板层顺序中的两个相邻面板之间的边界，其中在相同板层顺序中一板层出现在一个面板中但该板层不出现在另一个面板中。板层边界长度是该板层的所有边界的长度的总和。在一些示意性实例中，最大化连接性542可通过将跨越所有多个板层512的板层边界长度551最小化来描述。
在一些示意性实例中，连接性542可由板层边界长度551和板层面积 552的函数来描述。板层面积552可以是在板层中连接的多个面板511的所有面板的面积总和。在一个示意性实例中，函数可针对每个板层将板层边界长度551除以板层面积552，并且最大化连接性550可通过将跨越多个板层518的所有板层的函数值总和最小化来描述。
在一些示意性实例中，期望条件541可包括控制自由度546的缩减量 553。自由度546可受到重复板层顺序的数量的影响。可通过将重复板层顺序的数量保持在重复板层限制543之下来控制自由度546的缩减量553。重复板层限制543可以是覆盖多个组513的组的相同子集的最大板层顺序数量。这些重复板层顺序可作为子层压板。子层压板能够由层压参数组表示。如果描述子层压板的层压参数数量小于构成子层压板的板层顺序数量，可以对变量做出改变，减少系统547中的自由度546。如果自由度546 的数量小于方程554的数量，则系统547可能变为过定的。
在一些示意性实例中，期望条件541可包括具有自由度546的期望值。自由度546会预期受到方程544影响。自由度546可受到多个组513的任意两个组之间的厚度差异545和在那些各个组中存在和缺少板层之间的差异的影响。
虽然没有在期望条件541中列出，还可期望多个板层顺序526的每个板层顺序包括多个板层512中的至少一个板层。如果多个板层顺序526中的一板层顺序是空的，系统547中的变量数量将减少。系统547中的变量数量减少会导致方程548多于求解变量的情况。方程多于多个角度变量 559的情况将导致系统547是超定的。
系统547可用于确定多个板层顺序526的纤维角度549，得出多个板层512的每个板层的纤维角度549。系统547可包括方程548。方程548 的数量554可等于系统547中的多个层压参数556中的层压参数的总数量 555。系统547中的多个层压参数556的总数量555是多个组513的数量 525与多个组513的每个组的层压参数的数量557的乘积。方程548可使用多个层压参数556、纤维角度549和板层形状539构成。
在一些示意性实例中，多个组513中的每个组可具有层压参数的数量 557。多个组513的每个组的层压参数的数量557可以是四。在这些示意性实例中，方程548的数量554和多个层压参数556的总数量555可以是四乘以多个组513的数量525。
方程548的数量554可影响求解系统547的能力。在一些示意性实例中，其他特征的期望值可受到方程548的数量554影响。
例如，多个板层顺序526的数量558可被选择为大于方程548的数量 554。自由度546的数量必须小于等于多个板层顺序526的数量558。如果自由度546的数量小于方程548的数量554，方程548的系统547将是不可解的。当自由度546小于方程548的数量554，方程548的系统547是超定的。
如果方程548的系统547是欠定的，多个解是可能的。如果多个解是可能的，可基于期望层叠顺序选择这些解的一个。如果多个解是可能的，可基于纤维角度匹配板层形状的程度或同时基于两者，选择这些解的一个。例如，0°纤维角度对于在0°方向排列的狭长板层形状比90°纤维角度更好。
另一个实例，自由度546的数量可能由于重复板层顺序585的存在而减少。重复板层顺序585是具有相同形状的板层的板层顺序。如果一种类型的重复板层顺序585的重复数量586大于多个组513的每个组的层压参数的数量557，自由度546的缩减量553等于重复数量586与多个组513 的每个组的层压参数数量557之间的差异。于是，自由度546的总数量可等于多个板层顺序526的数量558减去重复板层顺序585的每个的自由度 546的缩减量553。如果自由度546的数量小于方程548的数量554，则方程548的系统547将是不可解的。另一个实例，方程548的系统547可被设置为，对于多个组513中的组的任何子集来说，组的子集的系统547中的自由度546的数量必须大于组的子集的方程548的数量554。
可为多个层压参数556产生方程548。方程548还可包括多个角度变量559。多个组513的方程548可结合成系统547。此后，可求解系统547 以确定多个角度变量559中的每个角度值。
在一些示意性实例中，可求解系统547以确定多个组513中的所有组中的所有板层的角度。第一组514中的第一面板516的具有板层数量518 的铺层522可代表复合结构502的一部分的整体。铺层522可包括具有纤维角度的板层，对应于第一组514中出现在多个板层顺序526的板层顺序中的那些板层。当板层数量518代表复合结构502的一部分的整体时，第一面板516中的每个板层可具有不同的纤维角度。
在另一个示意性实例中，可求解系统547以确定多个组513的每个组的一半的角度。例如，可求解系统547以确定第一面板516的第一半部分 560的角度。当求解系统547以确定第一半部分560的角度时，第一面板 516的第一半部分560中的每个板层可具有不同纤维角度。当求解系统547 以确定第一半部分560的角度时，第一面板516的第二半部分561可包括具有与第一半部分560的纤维角度相同的角度的板层。例如，第二半部分 561可以是第一半部分560的镜像以构成对称层压板。
通过求解目标函数540，可确定多个板层512的板层形状539。通过求解方程548的系统547，可确定多个板层顺序526的纤维角度549，因此明确了板层512的纤维角度。
如所示的，板层形状539可包括第一板层形状562、第二板层形状563 和第三板层形状564。第一板层形状562是第一板层顺序527中的第一板层530的形状。如所示的，第一板层530出现在铺层522中而没有出现在铺层524中。因此，第一板层形状562可以与第一组514的形状基本上相同。
第二板层形状563是第二板层顺序528中的第二板层533的形状。如所示的，第二板层533出现在铺层524中而没有出现在铺层522中。因此，第二板层形状563可以与第二组515的形状基本上相同。在此示意性实例中，第一板层形状562和第二板层形状563是不同的。
第三板层形状564是第三板层顺序529中的第三板层536的形状。如所示的，第三板层536出现在铺层522和铺层524中。因此，第三板层536 可以与结合的第一组514和第二组515的形状基本上相同。在此示意性实例中，第三板层形状563可以与第一板层形状562和第二板层形状563不同。
第一板层530、第二板层533和第三板层536仅是多个板层512的板层的示意性实例。虽然第一板层形状562、第二板层形状563和第三板层形状564的每个与第一板层形状562、第二板层形状563和第三板层形状 564的其他每个的形状不同，但在一些示意性实例中，多个板层512中的板层可具有基本上相同的形状。
例如，在另一些实施中，第一板层530可以出现在铺层522和铺层524 中。在这些实施中，第一板层形状562将与第三板层形状564基本上相同。另一个实例，第一板层530可替代地出现在铺层524中而不出现在铺层522 中。在此实例中，第一板层形状562将与第二板层形状563基本上相同。
在使用目标函数540确定板层形状539后，可使用方程548的系统547 确定纤维角度549。通过求解多个角度变量559可确定纤维角度549。在此示意性实例中，纤维角度549包括第一纤维角度565、第二纤维角度566 和第三纤维角度567。第一纤维角度565可以是第一板层顺序527中的第一板层530的纤维角度。第二纤维角度566可以是第二板层顺序528中的第二板层533的纤维角度。第三纤维角度567可以是第三板层顺序529中的第三板层536的纤维角度。
在一些示意性实例中，第一纤维角度565可与纤维角度549中的其他每个纤维角度不同。例如，第一纤维角度565可以与第二纤维角度566和第三纤维角度567不同。
在使用系统547确定多个角度变量559的值之后，可使用层叠顺序规则576形成板层布置509。在一些示意性实例中，如果多个层压参数556 包括面内和面外层压参数，可不使用层叠顺序规则576。在这些示意性实例中，多个板层顺序526的顺序可以与板层布置509相同。
在多个层压参数556仅是面内层压参数的示意性实例中，可使用层叠顺序规则576形成板层布置509。板层布置509可反映在制造期间铺设多个板层512的顺序。层叠顺序规则576可包括对称性578、分离性580、制造限制条件582和避免具有相似纤维角度的板层聚集584。
对称性578可期望于多个面板511的每个面板中。特别地，可期望多个面板511的每个面板关于中心平面对称。例如，当对称性578出现在第一面板516中时，第一半部分560可以是第二半部分561关于中心平面的镜像。
分离性580可描述具有多于特定角度差异数值的纤维角度549的多个板层512的分离性。例如，可期望将铺层中具有多于阈值角度581的纤维角度549的相邻的多个板层512的板层分离。阈值角度581具有任意期望值。在一些示意性实例中，阈值角度581可以是45度。铺层中具有多于 45度的纤维角度549的多个板层512的板层分离可避免高层间应力。当每个板层具有与每个相邻板层的纤维角度相差大于阈值角度581的纤维角度时，可期望分离性580。阈值角度581可被选择为45度除外的角度。例如，阈值角度581可以是50度、55度、60度或其他期望值。
制造限制条件582可包括制造的期望条件。例如，不期望跨越多个板层顺序526中的多重板层顺序铺设相同的纤维角度。可期望对具有相同板层角度和板层形状不重叠的板层顺序进行组合以最小化要规划和检查的板层顺序数量。
避免板层聚集584可描述在铺层中彼此相邻的板层以基本上相似的纤维角度放置。具有相同纤维角度的板层的聚集可导致层压板易于脱层。在一些示意性实例中，具有相同纤维角度的板层会想要彼此分离。因此，期望避免板层聚集584。
板层布置509通过根据层叠顺序规则576布置多个板层512形成。复合结构502可根据板层布置509铺设。因此，多个板层506可以与模型510 的板层布置509中的多个板层512的顺序相同。
通过使用目标函数520确定板层形状539和使用系统547选择纤维角度549，最终的复合结构502可以具有期望的混合水平、期望厚度507和期望刚度分布508。进一步地，通过使用层叠顺序规则576以形成板层布置509，制造复合结构502可以不花费不期望的大量时间。通过避免如脱层的不期望的失败模式，使用层叠顺序规则576形成板层布置509可产生高质量的层压板。
计算机系统504可包括复合层压板设计器590、板层形状优化器592、纤维角度选择器594和板层布置器596。在此示意性实例中，复合层压板设计器590可以以软件、硬件、固件或其组合实施。当使用软件时，由复合层压板设计器590执行的操作可以以程序代码实施，其中程序代码被配置为在如处理器单元的硬件上运行。当使用固件时，由复合层压板设计器 590执行的操作可以以程序代码和数据实施，并储存在永久性存储器中以在处理器单元上运行。当采用硬件时，硬件可包括操作以执行复合层压板设计器590中的操作的电路。
复合层压板设计器590接收复合结构502的期望厚度507和期望刚度分布508，将复合结构502的模型510分隔为多个面板511，并且使用复合结构502的期望厚度507和期望刚度分布508确定多个面板511中的每个面板的层压参数组和板层数量。复合层压板设计器590可进一步将多个面板511中具有相同板层数量和相同层压参数组的面板分成一组以形成多个组513，其中多个组513中的一组的每个面板具有相同的铺层。复合层压板设计器590可进一步为多个组513创建多个板层顺序526，其中多个板层顺序526中的每个表示复合结构502中的至少一个板层。
在此示意性实例中，板层形状优化器592可以以软件、硬件、固件或其组合实施。当使用软件时，由板层形状优化器592执行的操作可以以程序代码实施，其中，程序代码被配置为在如处理器单元的硬件上运行。当使用固件时，由板层形状优化器592执行的操作可以以程序代码和数据实施，并储存在永久性存储器中以在处理器单元上运行。当采用硬件时，硬件可包括操作以执行板层形状优化器592的操作的电路。
板层形状优化器592使用目标函数540确定多个面板511的每个板层的板层形状539。板层形状优化器592可最小化跨接所有多个组513的板层边界长度551。板层形状优化器592可最大化跨接所有多个面板511的连接数量550。连接可以是多个面板511的两个相邻面板之间的公共板层。连接数量550可以是连接的总和。
在此示意性实例中，纤维角度选择器594可以以软件、硬件、固件或其组合实施。当使用软件时，由纤维角度选择器594执行的操作可以以程序代码实施，其中，程序代码被配置为在如处理器单元的硬件上运行。当使用固件时，由纤维角度选择器594执行的操作可以以程序代码和数据实施，并储存在永久性存储器中以在处理器单元上运行。当采用硬件时，硬件可包括操作以执行纤维角度选择器594中的操作的电路。
纤维角度选择器594确定多个面板511的每个板层的纤维角度，以使得复合结构502的模型510具有的刚度等于期望刚度分布508。纤维角度选择器594可针对多个组513的每个组的层压参数组521产生方程548，将多个组513的每个组的方程548结合成一个系547，并且求解系547中的多个角度变量559。
在此示意性实例中，板层布置器596可以以软件、硬件、固件或其结合实施。当使用软件时，由板层布置器596执行的操作可以以程序代码实施，其中，程序代码被配置为在如处理器单元的硬件上运行。当使用固件时，由板层布置器596执行的操作可以以程序代码和数据实施，并储存在永久性存储器中以在处理器单元上运行。当采用硬件时，硬件可包括操作以执行板层布置器596中的操作的电路。
板层布置器596可根据层叠顺序规则576布置多个板层512以形成板层布置509。层叠顺序规则576可包括对称性578、具有大于45度差异的纤维角度549的板层的分离性580或避免板层聚集584中的至少一项。
在图5A和图5B中示出的制造环境500并不旨在对示意性实施方式可实施的方式进行物理性或结构性限制。除所示组件之外或代替所示组件，可使用其他组件。一些组件可能是不必要的。而且，提供框以说明一些功能性组件。当在示意性实施方式中实施时，一个或多个这些框可以被结合、拆分或结合并拆分为不同的框。
例如，虽然多个组513仅描绘了第一组514和第二组515，但多个组 513可包括任何期望数量的组。在一些示意性实例中，多个组513可包括多于两个组。
另一个实例，虽然第一组514被描绘为仅具有第一面板516和第二面板517，第一组514可具有任何期望的面板数量。在一些示意性实例中，第一组514可仅具有一个面板。在其他示意性实例中，第一组514可具有多于两个面板。另一个实例，虽然第一板层顺序527被描绘为仅具有第一板层530，第一板层顺序527可具有多个板层512中的多个不连续板层，其对应于不相邻的组。
现在转向图6，描绘了根据示意性实施方式的复合结构的模型的二维视图的示意表示。视图600可以是复合结构(如图1的机翼102的复合蒙皮122)的模型602的二维视图。模型602分解为多个面板604。多个面板604可以是图5A的多个面板511的实施。多个面板604具有在多个面板604的每个上需要的板层数量606。在一些示意性实例中，板层数量606 可以是形成多个面板604的每个的期望厚度的实际板层数量。例如，多个面板604的面板608可具有30个板层。当形成复合结构时，由面板608 表示的复合结构的部分可具有30个板层。在一些其他的示意性实例中，板层数量606可以仅是将形成复合结构的板层数量的一半。例如，如视图 600中所示，面板608可具有30个板层。然而，当形成复合结构时，由面板608表示的复合结构的部分可具有60个板层。在这些示意性实例中，面板608可表示复合结构的相应部分的第一半部分。最终的复合结构的第二半部分可与第一半部分具有相同类型的板层。例如，复合结构的第一半部分和第二半部分可关于中心平面对称。在一些示意性实例中，当确定多个面板604的层叠顺序时，会考虑面板608的对称性。在一些示意性实例中，面板608仅表示复合结构的第一半部分以简化板层形状最优化和板层方向的计算。
如所示的，多个面板604的每个是矩形的。然而，多个面板604可以是任何期望的形状。例如，在一些示意性实例中，多个面板604可以是三角形的。在一些示意性实例中，多个面板604可具有多于一个形状。
进一步地，如所示的，多个面板604的每个具有基本上相同的尺寸。在其他示意性实例中，多个面板604可以具有多于一个尺寸。
现在转向图7，描绘了根据示意性实施方式的多个面板组的示意表示。多个组700可以是图6的多个面板604的子集在箱60 7中的视图。多个组700 包括第一组702、第二组704、第三组706和第四组708。第一组702可具有十二个相邻面板。如所示的，第一组702中的每个面板具有十四个板层。第一组702中的每个面板具有基本上相同的层压参数组。
第二组704可具有八个相邻面板。如所示的，第二组704中的每个面板可具有十八个板层。第二组704中的每个面板还具有基本上相同的层压参数组。
第三组706可具有七个面板。如所示的，第三组706中的七个面板的六个是相邻的。然而，面板710不与第三组706的任何其他面板接触。如所示的，第三组706中的每个面板可具有二十个板层。第三组706中的每个面板可具有基本上相同的层压参数组。在此实例中，面板710被选择为与组706中的其他七个面板分为一组。在另一个实例中，面板710可被认为是单独的组。
第四组708可具有三个连续的面板。如所示的，第四组708中的每个面板可具有十六个板层。第四组708中的每个面板具有基本上相同的面内层压参数。
现在转向图8，描绘了根据示意性实例的面板的多个组的示意表示。视图800是具有由多个连接804指示的多个连接的面板802的多个组700 的视图。在此示意性实例中，多个连接804由点表示。多个连接804中的每个连接可以是由相同板层覆盖的多个组700的两个面板的共享边。例如，连接806是第一组702的面板808和面板810之间的共享边。如所示的，多个连接的面板802覆盖多个组。例如，连接812是第一组702的面板808 和第四组708的面板814之间的共享边。如所示的，多个连接的面板802 是覆盖第一组702、第二组704和第四组708的板层的连接的面板。如所示的，多个连接的面板802包括三十六个连接804。
多个连接的面板802仅是针对单个板层所连接的面板的数量和位置的单个示意性实例。然而，每个板层将具有其相应的尺寸和形状。各个板层的连接数量可与其尺寸和形状有关。虽然多个连接的面板802被描绘为覆盖多个组，但是多个连接的面板的另一个示意性实例可仅覆盖单个组中的连接的面板。
在复合结构中跨接所有板层顺序的总的全部连接可被称为连接数量。可期望最大化复合结构中的连接数量。通过增加复合结构中的连接数量，所产生的复合结构可具有更高的混合(blending)程度，使其更易于制造。
现在转向图9，示出了根据示意性实施方式的多个面板组的板层顺序的示意表示。视图900可以是多个板层顺序以表格形式的表示。图表902 包括五列。第一列904可提供板层顺序编号的指示。
第二列906表示组成图7的第一组702的面板中的铺层。第二列906 的行中的“1”指示图7的第一组702中的板层出现在由第一列904指示的相应板层顺序中。当“1”出现在第二列906的行中时，板层出现在第一组702的相应板层顺序中。第二列906的行中的“0”指示图7的第一组702中的板层不在由第一列904指示的相应板层顺序中。当“0”出现在第二列906的行中，在第一组702的相应板层顺序中缺少板层。第二列 906中的板层的总数量可等于图7的第一组702的板层的总数量。在一些示意性实例中，第二列906中的板层的总数量可等于图7的第一组702的板层的总数量的一半。
第三列908表示图7的第四组708。第三列908的行中的“1”指示图 7的第四组708中的板层出现在由第一列904指示的相应板层顺序中。当“1”出现在第三列908的行中时，板层出现在图7的第四组708的相应板层顺序中。第三列908的行中的“0”指示图7的第四组708中的板层不在由第一列904指示的相应板层顺序中。当“0”出现在第三列908的行中，在第四组708的相应板层顺序中缺少板层。第三列908中的板层的总数量可等于图7的第四组708的板层的总数量。在一些示意性实例中，第三列908中的板层的总数量可等于图7的第四组708的板层的总数量的一半。
第四列910表示图7的第二组704。第四列910的行中的“1”指示图 7的第二组704中的板层出现在由第一列904指示的相应板层顺序中。当“1”出现在第四列910的行中时，板层出现在图7的第二组704的相应板层顺序中。第四列910的行中的“0”指示图7的第二组704中的板层不在由第一列904指示的相应板层顺序中。当“0”出现在第四列910的行中，在第二组704的相应板层顺序中不存在板层。第四列910中的板层的总数量可等于图7的第二组704的板层的总数量。在一些示意性实例中，第四列910中的板层的总数量可等于图7的第二组704的板层的总数量的一半。
第五列912表示图7的第三组706。第五列912的行中的“1”指示图 7的第三组706中的板层出现在由第一列904指示的相应板层顺序中。当“1”出现在第五列912的行中时，板层出现在图7的第三组706的相应板层顺序中。第五列912的行中的“0”指示图7的第三组706中的板层不在由第一列904指示的相应板层顺序中。当“0”出现在第五列912的行中时，在图7的第三组706的相应板层顺序中缺少板层。第五列912中的板层的总数量可等于图7的第三组706的板层的总数量。在一些示意性实例中，第五列912中的板层的总数量可等于图7的第三组706的板层的总数量的一半。
如所示的，第一板层顺序914中的板层将出现在第一组702、第二组 704和第三组706中。在此示意性实例中，第二板层顺序916中的板层将出现在第一组702和第二组704中。因此，第一板层顺序914中的板层的形状将与第二板层顺序916中的板层的形状不同。
如所示的，第三板层顺序918中的板层将出现在第一组702、第二组 704和第三组706中。因此，第一板层顺序914中的板层的形状与第三板层顺序918中的板层基本上相同。
如所示的，第四板层顺序920、第五板层顺序922、第六板层顺序924、第七板层顺序926、第八板层顺序928、第九板层顺序930、第十板层顺序 932和第十一板层顺序934是重复板层。在此实例中，重复数量是八。在此实例中，如果一组层压参数中的层压参数数量是四，则重复数量将方程系的自由度数量减少了四。
如所示的，多个板层顺序的数量936描述图7的多个组700的板层顺序的数量。如所示的，数量936是二十二个板层顺序。多个板层顺序的数量936可基于要形成的复合结构的层压参数的数量来选择。
在一些示意性实例中，图表902可包括更多或更少的列。例如，当更多组出现在模型中时，附加列可出现在图表902中。例如，为了对模型602 的多个面板604的每个面板的所有板层角度进行计算，图表902还可至少包括第五组。图表902还可包括其他组(如第六组、第七组)或任何其他期望数量的组。
此外，虽然只示出了二十二个板层顺序，但是更多或更少的板层顺序可出现在图表902中。更多的板层顺序可与增加的组数或至少一个组中增加的板层数量一起出现。例如，如果第一组702包括三十个板层，将需要多于二十二个板层顺序。同样地，如果图表902还包括第五组、第六组、第七组和第八组，则可存在多于二十二个板层顺序，以便为方程系提供所需的自由度数量。
现在转向图10，示出了根据示意性实施方式的板层布置的分解示意图。板层布置1000可以是图5A的板层布置509的三维分解表示。板层布置1000可具有多个板层顺序1004中的多个板层1002。图6的多个面板 604中的每个面板可包括多个板层1002中的至少一个板层。
现在转向图11，示出了根据示意性实施方式的板层顺序中的板层。视图1100可以是图10的多个板层顺序1004中的多个板层1002的一部分的视图。在一些示意性实例中，视图1100可以是图10中的括号11-1内的视图。如所示的，视图1100可包括多个板层顺序1104中的多个板层。多个板层顺序1104包括第一板层顺序1106、第二板层顺序1108、第三板层顺序1110、第四板层顺序1112、第五板层顺序1114、第六板层顺序1116、第七板层顺序1118和第八板层顺序1120。第一板层顺序1106对应于图9 中的板层顺序936。如图9中所示，图7的第三组706出现在第一板层顺序1106中。板层1121和板层1122出现在第一板层顺序1106中。板层1122 具有板层形状1123和标记1124。标记1124可指示多个面板中的哪些面板包括板层1122。标记1124仅用于参考。
第二板层顺序1108对应于图9中的板层顺序21。如图9中所示，图 7的第二组704和第三组706出现在第二板层顺序1108中。板层1125和板层1126出现在第二板层顺序1108中。板层1126具有板层形状1127和标记1128。标记1128可指示多个面板中的哪些面板包括板层1126。如所示的，板层1126可比板层1122包括在更多的面板中。通过比较标记1124 和标记1128可看出面板数量的差异。进一步地，通过比较板层形状1123 和板层形状1127也可看出面板数量的差异。
第三板层顺序1110对应于图9中的板层顺序20。如图9中所示，图 7的第二组704、第三组706和第四组708出现在第三板层顺序1110中。板层1130出现在第三板层顺序1110中。板层1130具有板层形状1131和标记1132。标记1132可指示多个面板中的哪些面板包括板层1130。
第四板层顺序1112对应于图9中的板层顺序19。如图9中所示，图 7的第二组704、第三组706和第四组708出现在第四板层顺序1112中。如所示的，板层1130可被包括在与板层1136相同的面板中。结果，板层形状1131和板层形状1134可基本上相同。
第五板层顺序1114对应于图9中的板层顺序18。如图9中所示，图 7的第二组704、第三组706和第四组708出现在第五板层顺序1114中。如所示的，第四板层顺序1112中的板层1136的板层形状1134和第五板层顺序1114中的板层1140的板层形状1138与板层1130的板层形状1131 基本上相同。如所示的，第三板层顺序1110、第四板层顺序1112、第五板层顺序1114和第六板层顺序1116是重复板层顺序。重复板层顺序可通过观察如图11中的板层形状来识别。重复板层顺序还可通过观察图9中存在的一和零来识别。重复板层顺序可以是有限的，是的最终方程系是可解的。
板层顺序的数量和一组层压参数中的层压参数数量可限制一模型中具有相同板层形状的板层数量。具有相同板层形状的板层可作为不期望的子层压板。如果子层压板中的板层数量大于要匹配的层压参数的数量，这可能是不期望的。子层压板中的板层数量可减少用于确定板层角度的方程系统中的自由度数量。
现在转向图12，示出了根据示意性实施方式的数据处理系统的框图。数据处理系统1200可用于实现图5B中的计算机系统504。如所示的，数据处理系统1200包括通信结合1202，其提供处理器单元1204、存储设备 1206、通信单元1208、输入/输出单元1210和显示器1212之间的通信。在一些情况中，通信框架1202可实施为总线系统。
处理器单元1204被配置为执行用于软件的指令以执行一定数量的操作。处理器单元1204可包括一定数量的处理器、多核处理器和/或一些其他类型的处理器，这取决于实施方式。在一些情况中，处理器单元1204 可表现为硬件单元的形式，如电路系统、特定用途集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备或一些其他合适类型的硬件单元。
用于由处理器单元1204运行的操作系统、应用和/或程序的指令可位于存储设备1206中。存储设备1206可通过通信框架1202与处理器单元 1204通信。如本文所使用的，存储设备(还被称为计算机可读存储设备) 是能够临时和/或永久储存信息的任何硬件。此信息可包括但不限于数据、程序代码和/或其他信息。
存储器1214和永久性存储器1216是存储设备1206的实例。例如，存储器1214可表现为随机存取存储器或一些类型的易失性或非易失性存储设备的形式。永久性存储器1216可包括任何数量的组件或设备。例如，永久性存储器1216可包括硬盘驱动器、闪存、可重写光盘、可重写磁带或上述的一些组合。永久性存储器1216使用的介质可以是可移除的或可以不是可移除的。
通信单元1208允许数据处理系统1200与其他数据处理系统和/或设备通信。通信单元1208可使用物理的和/或无线通信链路提供通信。
输入/输出单元1210允许从与数据处理系统1200连接的其他设备接收输入或向其他设备发送输出。例如，输入/输出单元1210可允许通过键盘、鼠标和/或一些其他类型的输入设备接收用户输入。另一个实例，输入/输出单元1210可允许向与数据处理系统1200连接的打印机发送输出。
显示器1212被配置为向用户显示信息。例如，显示器1212可包括而不限于监视器、触摸屏、激光显示器、全息显示器、虚拟现实设备和/或一些其他类型的显示设备。
在此示意性实例中，处理单元1204可以使用计算机实施的指令执行不同的示意性实施方式的处理。这些指令可指的是程序代码、计算机可用程序代码或计算机可读程序代码，并且可由处理器单元1204中的一个或多个处理器读取和执行。
在这些实例中，程序代码1218以功能性形式位于计算机可读介质 1220上，计算机可读介质1220是选择性可移动的，并且程序代码1218 可以上传或发送至数据处理系统1200以由处理器单元1204执行。程序代码1218和计算机可读介质1220一起构成计算机程序产品1222。在此示意性实例中，计算机可读介质1220可以是计算机可读存储介质1224或计算机可读信号介质1226。
计算机可读存储介质1224是用于储存程序代码1218的物理或有形的存储设备，而非用于传输或发送程序代码1218的介质。例如而不限于，计算机可读存储介质1224可以是与数据处理系统1200连接的光盘或磁盘或永久性存储设备。
替换地，可使用计算机可读信号介质1226将程序代码1218转移至数据处理系统1200。例如，计算机可读信号介质1226可以是包括程序代码 1218的传播数据信号。此数据信号可以是能够通过物理和/无线通信链路传输的电磁信号、光信号和/或一些其他类型的信号。
图12中示出的数据处理系统1200并不旨在对实施示意性实施方式的方式提供结构限制。不同的示意性实施方式可在数据处理系统中实施，该数据处理系统包括除针对数据处理系统1200示出的那些组件之外的或代替数据处理系统1200所示的那些组件的组件。进一步地，图12中所示的组件可与示意性实例所示不同。
现在转向图13，示出了根据示意性实施方式的制造环境的示意框图。制造环境1300可以是图5A和图5B的制造环境500的一部分的实施。
制造环境1300包括复合结构1302。复合结构1302可以是由具有非传统角度1308的多个板层1306形成的复合层压板1304。多个板层1306中的每个具有相应形状1310中的相应形状，该形状被配置为最小化所有多个板层1306上的板层边界1312的总长度。复合层压板1304具有的刚度 1314等于传统复合层压板1318的期望刚度1316。
传统复合层压板1318被惯例地使用。然而，可期望以复合层压板1304 替换传统复合层压板1318。例如，复合层压板具有的厚度1320小于传统复合层压板1318的厚度1322。与传统复合层压板1318相比，具有减少的厚度还可减少复合层压板1304的重量。在一些示意性实例中，复合层压板1304可以是飞行器1328的飞行器机翼1326的机翼蒙皮1324。可期望具有厚度1320以减少飞行器1328的重量1330。
传统复合层压板1318可由具有传统角度1332的多个板层1331形成。在一些示意性实例中，可期望以复合层压板1304替换传统复合层压板 1318，以便一个或多个传统角度1332(如0度、45度、-45度或90度中的至少一个)不存在于复合层压板1304中。
复合层压板1304可包括多个面板1334。多个面板1334可由多个板层 1306形成。多个面板1334中的每个面板与相邻面板共享至少一个板层。例如，如果第一面板1136和第二面板1338相邻，则第一面板1336和第二面板1338可共享多个板层1306中的至少一个板层。
多个面板1334可分为多个组1340。多个组1340中的每个组包括复合层压板1304的第一表面1342的相应部分。例如，多个组中1340的第一组1344可包括第一表面1342的相应部分1346。另一个实例，多个组1340 中的第二组1348可包括第一表面1342的相应部分1350。在一些示意性实例中，图7可以是多个组1340的一部分和第一表面1342的描绘。
多个组1340中的每个组的相应铺层与多个组1340的其他每个组的相应铺层不同。例如，第一组1344的铺层可与第二组1348的铺层不同。例如，对于多个组1340中具有少于层压参数数量的少量板层厚度差异的任何两组，该两个组具有仅出现在两个组之一中的板层数量至少等于层压参数数量。层压参数可以是图5B的多个层压参数556。在一些示意性实例中，层压参数数量可以是图5B的数量557。
例如，如果厚度1352和厚度1354具有少于层压参数数量的少量板层差异，则第一组1344和第二组1348至少仅在第一组1344或第二组1348 中具有至少等于层压参数数量的板层数量。例如，如果存在六个层压参数，且厚度1352和厚度1354之间的差异少于六个板层，则仅在第一组1344 中或仅在第二组1348中找出至少六个板层。作为另一个实例，如果存在四个层压参数，且厚度1352和厚度1354之间的差异少于四个板层，则仅在第一组1344中或仅在第二组1348中找出至少四个板层。
在一些示意性实例中，多个面板的一面板的第一半部分的每个板层与面板的第一半部分的其他每个板层具有不同的纤维角度值。例如，多个面板1334中的第一面板1336的第一半部分1374的每个板层与第一面板 1336中的第一半部分1374的其他每个板层具有不同的纤维角度值。
复合层压板1304可具有包括多个板层1306的多个板层顺序1356。多个板层顺序1356的数量1358至少等于多个组1340的数量1360乘以层压参数数量。
基于多个组1340中的哪些组均包括相应的板层，多个板层1306可具有相应的形状1310。多个板层1306还可基于多个面板1334的形状而具有相应的形状1310。在一些示意性实例中，多个面板1334中的至少一个面板可以是矩形的。例如，第二面板1338可以是矩形的1362。在一些示意性实例中，多个板层1306的至少一个板层可具有矩形边缘1364。
当复合层压板1304是飞行器机翼1326的机翼蒙皮1324时，多个面板1334的一面板的宽度可以是飞行器机翼1326的两个相邻桁条之间的距离。例如，第一面板1336或第二面板1338中的至少一个可具有的宽度等于多个桁条1372中的第一桁条1368和第二桁条1370之间的距离1366。
在图1和图6至图13中示出的不同组件可与图5A和图5B中的组件结合，与图5A和图5B中的组件一起使用，或两者结合。此外，图1和图6至图13中的一些组件可以是图5A和5B中以框图形式示出的组件如何能够实施为物理结构的示意性实例。
本公开的示意性实施方式可在图14所示的飞行器制造和服务方法 1400及图15中所示的飞行器1500的背景下描述。首先转向图14，其以框图的形式示出了根据示意性实施方式的飞行器制造和服务方法。在预制造期间，飞行器制造和服务方法1400可包括图15的飞行器1500的规格和设计1402及材料采购1404。
在制造期间，进行图15的飞行器1500的组件和子配件制造1406以及系统集成1408。此后，图15的飞行器1500可进入验证和交付1410以投入服务1412中。在通过顾客进行服务1412时，图15的飞行器1500被安排航线维护和服务1414，可包括修改、重新配置、翻新和其他维护或服务。
飞行器制造和服务方法1400的每个处理可由系统集成商、第三方和/ 或运营商执行或完成。在这些实例中，运营商可以是顾客。为了本说明书的目的，系统集成商可包括而不限于任何数量的飞行器制造者和主系统转包商；第三方可包括而不限于任何数量的销售商、转包商和供应商；以及运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务机构等。
现在参考图15，其以框图形式描述了可实施示意性实施方式的飞行器示意表示。在此实例中，飞行器1500由图14的飞行器制造和服务方法1400 生产，并且可包括具有系统1504和内部1506的机身1502。系统1504的实例包括推进系统1508、电气系统1510、液压系统1512和环境系统1514 中的一个或多个。可包括任何数量的其他系统。虽然示出了航空的实例，但是不同的示意性实施方式可应用于其他产业，如汽车产业。
本文中实施的设备和方法可在图14的飞行器制造和服务方法1400的至少一个阶段期间采用。一个或多个示意性实施方式可在飞行器1500的规格和设计1402及组件和子配件制造1406期间使用。例如，在规格和设计1402期间使用示意性实施方式可设计飞行器1500的复合结构。进一步地，在组件和子配件制造1406期间使用产生的板层布置可形成复合结构。
示意性实施方式提供了用于确定精确匹配特定刚度和厚度分布的复合结构的铺层的方法和设备。具体地，示意性实施方式提供了用于确定精确匹配特定刚度和厚度分布的非传统复合结构的铺层的方法和设备。
在示意性实例中，使用目标函数来确定复合结构中的板层形状。目标函数可在期望条件中求解。期望条件可包括在填充所有板层顺序的同时最大化连接性。通过具有期望的连接性，负荷可期望地通过复合组件转移。进一步地，通过具有期望的连接性，可减少制造时间。
重复板层顺序的数量可受到限制。通过控制差异和遵循多个板层顺序的方程，可控制自由度。
具有多个层压参数和多个角度变量的方程构成系。可求解该系以确定复合结构的每个板层的纤维角度。
使用示意性实施方式，非传统层压板可被设计为具有期望的连接性。进一步地，通过使用示意性实施方式，复合结构的设计和布局可花费更少时间。使用示意性实例的设计和布局可比测试后不断改善的传统设计处理花费更少的时间。更进一步地，由于更少的机器停工时间、更高的机器效率或板层形状最优化的至少一项，由示意性实例设计的复合结构的布局处理可花费更少的时间。
不同的示意性实施方式能够采用完全硬件的实施方式、完全软件的实施方式或包括硬件和软件组件的实施方式的形式。一些实施方式以软件实施，其包括而不限于例如固件、驻留软件和微码的形式。
此外，不同的实施方式能够采用从计算机可用或计算机可读介质可访问的计算机程序产品的形式，计算机可用或计算机可读介质提供由执行指示的计算机或任何设备或系统使用的或与其结合的程序代码。针对本公开的目的，计算机可用或计算机可读介质通常地能够是任何有形的设备，其能够包括、储存、通信、传播或传送由指令执行系统、装置或设备使用的或与其结合的程序。
例如而不限于，计算机可用或计算机可读介质可以是电子的、磁性的、光的、电磁的、红外线的或半导体的系统或传播介质。计算机可读介质的非限制实例包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘和光盘。光盘可包括只读光盘存储器(CD-ROM)、读写光盘(CD-R/W)和DVD。
进一步地，计算机可用或计算机可读介质可包括或储存计算机可读或计算机可用程序代码，以便当计算机可读或计算机可用程序代码在计算机上执行时，此计算机可读或计算机可用程序代码的执行使计算机通过通信链路发送另一个计算机可读或计算机可用程序代码。此通信链路可使用例如而不限于物理或无线的介质。
适合用于储存和/或执行计算机可读或计算机可用程序代码的数据处理系统将包括一个或多个处理器，其直接耦接至存储器元件或通过通信结构(如系统总线)间接耦接至存储器元件。存储器元件可包括在程序代码的实际执行期间采用的本地存储器、大容量存储器和高速缓冲存储器，高速缓冲存储器提供至少一些计算机可读或计算机可用程序代码的临时存储，以减少在代码的执行期间从大容量存储器检索代码的时间量。
输入/输出或I/O设备能够直接地耦接至系统或能够通过介入的I/O控制器耦接至系统。例如但不限于，这些设备可包括键盘、触摸显示屏和点击设备。不同的通信适配器也可耦接至系统，以使数据处理系统能够通过介入的私有或公共网络而耦接至其他数据处理系统、远程打印机或存储设备。调制解调器和网络适配器的非限制实例仅是当前可用的通信适配器类型的少数几个。
为了示意和描述的目的，提供了不同示意性实施方式的描述，并且不同示意性实施方式的描述并不意指是详尽的或局限于所公开的形式中的实施方式。不同的示意性实例描述执行动作或操作的组件。在示意性实施方式中，组件可被配置为执行描述的动作或操作。例如，组件可具有配置和设计，其结构用于为组件提供执行在示意性实例中描述的由组件执行的动作或操作的能力。
许多修改和变化对于本技术领域的那些普通人员是显而易见的。进一步地，不同的示意性实施方式与其他期望的实施方式相比可提供不同的特征。选择的实施方式或多个实施方式被选择和描述，以最佳地说明实施方式的原理、实践应用，并且使本技术领域的普通人员能够理解本公开的多种实施方式及符合预期特定用途的多种修改。

Claims (13)

1.一种复合层压板，包括：
具有非传统角度的多个板层，其中，所述多个板层的每个具有相应的形状，所述多个板层的每个的相应形状被配置为将遍历所有所述多个板层的板层边界的总长度最小化，其中，所述板层边界是在一个板层顺序中的两个相邻面板之间的边界，其中在相同板层顺序中给定板层出现在一个面板中但所述给定板层不出现在另一个面板中，其中，板层边界长度是所述给定板层的所有边界的长度的总和，其中，板层边界的所述总长度是所述多个板层的所有板层边界长度的总和，并且其中，所述复合层压板具有的刚度等于传统复合层压板的期望刚度。
2.根据权利要求1所述的复合层压板，其中，所述多个板层具有矩形边缘。
3.根据权利要求1所述的复合层压板，其中，所述复合层压板具有的厚度小于所述传统复合层压板的厚度。
4.根据权利要求1所述的复合层压板，其中，所述复合层压板具有多个组，其中，所述多个组的每个组包括所述复合层压板的第一表面的相应部分，并且其中，所述多个组的每个组的相应铺层与所述多个组的每个其他组的相应铺层不同。
5.根据权利要求4所述的复合层压板，其中，所述复合层压板具有包括所述多个板层的多个板层顺序，并且其中，所述多个板层顺序的数量至少等于所述多个组的数量乘以层压参数的数量。
6.根据权利要求5所述的复合层压板，其中，对于所述多个组中具有少于所述层压参数的数量的板层的厚度差的任意两个组，所述两个组具有仅出现在所述两个组之一中的板层数量至少等于所述层压参数的数量。
7.一种复合层压板，包括：
由具有非传统纤维角度的多个板层构成的多个面板，其中，每个面板与相邻面板共享至少一个板层，
其中，所述多个板层的每个具有相应的形状，所述多个板层的每个的相应形状被配置为将遍历所有所述多个面板的板层边界的总长度最小化，其中，所述板层边界是在一个板层顺序中的两个相邻面板之间的边界，其中在相同板层顺序中给定板层出现在一个面板中但所述给定板层不出现在另一个面板中，其中，板层边界长度是所述给定板层的所有边界的长度的总和，其中，板层边界的所述总长度是所述多个板层的所有板层边界长度的总和。
8.根据权利要求7所述的复合层压板，其中，所述多个板层的每个具有相应的形状，所述多个板层的每个的相应形状被配置为最优化跨接所述多个面板的混合。
9.根据权利要求7所述的复合层压板，其中，所述多个面板的一面板的第一半部分的每个板层与所述面板的所述第一半部分的每个其他板层具有不同的纤维角度值。
10.根据权利要求7所述的复合层压板，其中，所述多个面板的第一面板关于所述复合层压板的中心平面对称。
11.根据权利要求7所述的复合层压板，其中，所述复合层压板具有的厚度小于与所述复合层压板具有相同刚度的传统复合层压板的厚度。
12.根据权利要求7所述的复合层压板，其中，所述复合层压板是用于飞行器机翼的机翼蒙皮，并且其中，所述多个面板的一面板的宽度是所述飞行器机翼的两个相邻桁条之间的距离。
13.根据权利要求7所述的复合层压板，其中，所述多个面板的至少一个面板是矩形的。
CN201610479935.1A 2015-08-26 2016-06-27 复合层压板 Active CN106476346B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/836,369 US10195812B2 (en) 2015-08-26 2015-08-26 Ply blending and stacking sequence
US14/836,369 2015-08-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106476346A CN106476346A (zh) 2017-03-08
CN106476346B true CN106476346B (zh) 2018-09-07

Family

ID=58097582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610479935.1A Active CN106476346B (zh) 2015-08-26 2016-06-27 复合层压板

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10195812B2 (zh)
CN (1) CN106476346B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10315783B2 (en) 2015-08-26 2019-06-11 The Boeing Company Ply blending and stacking sequence
JP6496360B2 (ja) * 2017-06-29 2019-04-03 ファナック株式会社 樹脂複合板の製造方法
JP6971759B2 (ja) * 2017-10-10 2021-11-24 三菱重工業株式会社 翼および翼の設計方法
CA3076656C (en) 2019-03-20 2023-10-03 7260297 Manitoba Ltd. Prepreg debacker and method of layup
CN110955941B (zh) * 2019-11-29 2022-03-18 华中科技大学 基于向量场的复合材料结构优化设计方法及设备
JP2022150610A (ja) * 2021-03-26 2022-10-07 株式会社Subaru 異方性複合材積層構造の設計方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6641893B1 (en) * 1997-03-14 2003-11-04 Massachusetts Institute Of Technology Functionally-graded materials and the engineering of tribological resistance at surfaces
CN102015266A (zh) * 2008-04-28 2011-04-13 空中客车操作有限公司 设计复合板材的方法
CN102841978A (zh) * 2011-06-20 2012-12-26 波音公司 用于复合材料层合板的弯曲纤维路径的设计

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7010472B1 (en) 1997-05-12 2006-03-07 Mcdonnell Douglas Corporation Knowledge driven composite design optimization process and system therefor
US5984511A (en) 1997-05-12 1999-11-16 Mcdonnell Douglas Corporation Knowledge driven composite design optimization process and system therefor
US7243055B2 (en) 2004-01-28 2007-07-10 The Boeing Company Composite stacking sequence optimization for multi-zoned composites
US8181345B2 (en) 2007-07-20 2012-05-22 Airbus Operations Sas Method for optimizing the mass of a composite panel
DE102011086101A1 (de) 2011-11-10 2013-05-16 Airbus Operations Gmbh Verfahren zur automatisierten Herstellung eines Faserverbundbauteils mit integriertem Blitzschutz sowie Faserverbundbauteil
US20160009368A1 (en) 2013-02-28 2016-01-14 The Boeing Company Composite laminated plate having reduced crossply angle

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6641893B1 (en) * 1997-03-14 2003-11-04 Massachusetts Institute Of Technology Functionally-graded materials and the engineering of tribological resistance at surfaces
CN102015266A (zh) * 2008-04-28 2011-04-13 空中客车操作有限公司 设计复合板材的方法
CN102841978A (zh) * 2011-06-20 2012-12-26 波音公司 用于复合材料层合板的弯曲纤维路径的设计

Also Published As

Publication number Publication date
US20170057195A1 (en) 2017-03-02
US10195812B2 (en) 2019-02-05
CN106476346A (zh) 2017-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106476346B (zh) 复合层压板
CN106476300B (zh) 用于形成复合结构的方法
Andréasson et al. An introduction to continuous optimization: foundations and fundamental algorithms
Pagano et al. Global-local laminate variational model
Dillinger Static aeroelastic optimization of composite wings with variable stiffness laminates
Boddeti et al. Optimal design and manufacture of variable stiffness laminated continuous fiber reinforced composites
Hansen et al. Multilevel optimization in aircraft structural design evaluation
JP6012613B2 (ja) 構造容積内での複合材料の多層の分布の決定
US10140388B1 (en) System and method for designing composite laminates using lamination parameters
US10467350B2 (en) Optimization of ply orientations for multi-layer composite parts
US8005559B2 (en) Optimizing task assignments for multi-head tape laydown
Stanford Aeroelastic wingbox stiffener topology optimization
Jing et al. Constrained-manufacturable stacking sequence design optimization using an improved global shared-layer blending method and its 98-line Matlab code
CN107458005A (zh) 结合的返工模板系统
Zein et al. A repair operator for the preliminary design of a composite structure using genetic algorithms
CN111291857A (zh) 一种基于系统、功能、结构分层的复杂系统模块划分方法
Stanford et al. Aeroelastic tailoring via tow steered composites
Tao Design, optimization, and performance of an adaptable aircraft manufacturing architecture
Hoek Drinfeld centers for bimodule categories
US12005682B2 (en) Composite laminate cards of finite size, tapered composite laminate structures formed from the same, and methods of manufacturing and using the same
US20240104258A1 (en) Method for selecting types of composite sandwich structures for forming a structural element
CN113886985B (zh) 基于层压参数的复合材料层合板二维抽样优化方法
US20230075583A1 (en) Composite laminate cards of finite size, tapered composite laminate structures formed from the same, and methods of manufacturing and using the same
CN109145518A (zh) 一种大型复杂装备可靠性决策图模型构造方法
Blair Conceptual Composite Wing Design

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant