CN113011014A - 一种复合材料铺层优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料铺层优化方法及系统。该方法包括：基于铺层个数和铺层角度集合，生成复合材料构件的不同种铺层角度排列方式；进行固化变形的仿真计算确定变形绝对值的全局最大值；进行破坏强度仿真计算确定全局最大载荷；将变形绝对值的全局最大值和全局最大载荷输入线性函数中，得到线性函数值；以最小线性函数值对应的复合材料构件的铺层角度排列方式为输入，以载荷最大和固化变形最小为目标，采用优化算法得到优化后的铺层角度排列方式。采用本发明的方法及系统，考虑固化变形的影响，基于铺层角度这一铺层参数进行复合材料铺层优化，能够使成型后的复合材料制件既有很高的刚强度，又不会产生较大的固化变形。

Description

一种复合材料铺层优化方法及系统

技术领域

本发明涉及复合材料优化技术领域，特别是涉及一种复合材料铺层优化方法及系统。

背景技术

随着复合材料的广泛使用，如何更有效利用复合材料的优良性能，提高设计潜力成为人们追求的目标，由此发展出复合材料优化设计领域。在这一领域研究中，通过优化复合材料制件的铺层参数、结构形式、纤维体积含量等参数信息得到更加优良的设计结果。铺层角度作为复合材料制件的一个重要的结构参数对其成型后的刚强度影响巨大，一组较好的铺层角度可能会使结构的破坏强度提高一倍以上，因此铺层角度成为复合材料优化设计中不可忽视的一组重要参数。

现有的复合材料优化设计方法较多得考虑了铺层角度对于刚强度的影响而忽略了固化变形，这样可能会导致成型后的复合材料制件由于较大的固化变形而无法使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合材料铺层优化方法及系统，在复合材料刚强度优化过程中考虑固化变形的影响，使得成型后的复合材料制件既有很高的刚强度，又不会产生较大的固化变形。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种复合材料铺层优化方法，包括：

建立复合材料的三维模型，确定所述三维模型的成型工艺曲线和铺层个数；

获取铺层角度集合；所述铺层角度集合包括多个不同的预设铺层角度；

基于所述铺层个数和所述铺层角度集合，得到复合材料构件的不同种铺层角度排列方式；其中，按照复合材料构件的铺层顺序，为每层铺层从预设铺层角度集合中选择一个预设铺层角度，将复合材料构件的所有铺层进行组合，得到一种铺层角度排列方式；

根据所述成型工艺曲线，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行固化变形的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值；

分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行破坏强度的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷；

将每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值和每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷输入线性函数中，得到每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的线性函数值；所述线性函数是将变形绝对值变量和载荷变量加权求和得到，变形绝对值变量的权重为正，载荷变量的权重为负；

以最小线性函数值对应的复合材料构件的铺层角度排列方式为输入，以载荷最大和固化变形最小为目标，采用优化算法，得到优化后的铺层角度排列方式。

可选的，所述基于所述铺层个数和所述铺层角度集合，得到复合材料构件的不同种铺层角度排列方式，具体包括：

根据所述铺层个数，采用拉丁超立方抽样方法在所述铺层角度集合中选取预设铺层角度，得到复合材料构件的不同种铺层角度排列方式。

可选的，所述根据所述成型工艺曲线，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行固化变形的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值，具体包括：

获取复合材料的热力学参数；

根据所述热力学参数和所述成型工艺曲线，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行固化变形的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值。

可选的，所述分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行破坏强度的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷，具体包括：

获取复合材料的力学参数；所述力学参数包括弹性力学参数和破坏力学参数；

根据所述力学参数，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行破坏强度的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷。

可选的，所述将每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值和每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷输入线性函数中，得到每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的线性函数值，具体包括：

分别对所述变形绝对值的全局最大值和所述全局最大载荷进行归一化处理，得到归一化后的变形绝对值的全局最大值和归一化后的全局最大载荷；

将所述归一化后的变形绝对值的全局最大值和所述归一化后的全局最大载荷输入所述线性函数中，得到每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的线性函数值；

其中，

所述线性函数的公式如下：

F＝αx+βy

式中，F为线性函数，x为归一化后的变形绝对值的全局最大值，α为变形绝对值变量的权重，α＞0，y为归一化后的全局最大载荷，β为载荷变量的权重，β＜0。

本发明还提供一种复合材料铺层优化系统，包括：

三维模型建立模块，用于建立复合材料的三维模型，确定所述三维模型的成型工艺曲线和铺层个数；

铺层角度集合获取模块，用于获取铺层角度集合；所述铺层角度集合包括多个不同的预设铺层角度；

复合材料构件铺层角度排列方式生成模块，用于基于所述铺层个数和所述铺层角度集合，得到复合材料构件的不同种铺层角度排列方式；其中，按照复合材料构件的铺层顺序，为每层铺层从预设铺层角度集合中选择一个预设铺层角度，将复合材料构件的所有铺层进行组合，得到一种铺层角度排列方式；

固化变形仿真模块，用于根据所述成型工艺曲线，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行固化变形的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值；

破坏强度仿真模块，用于分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行破坏强度的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷；

线性函数值计算模块，用于将每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值和每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷输入线性函数中，得到每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的线性函数值；所述线性函数是将变形绝对值变量和载荷变量加权求和得到，变形绝对值变量的权重为正，载荷变量的权重为负；

铺层角度优化模块，用于以最小线性函数值对应的复合材料构件的铺层角度排列方式为输入，以载荷最大和固化变形最小为目标，采用优化算法，得到优化后的铺层角度排列方式。

可选的，所述复合材料构件铺层角度排列方式生成模块，具体包括：

复合材料构件铺层角度排列方式生成单元，用于根据所述铺层个数，采用拉丁超立方抽样方法在所述铺层角度集合中选取预设铺层角度，得到复合材料构件的不同种铺层角度排列方式。

可选的，所述固化变形仿真模块，具体包括：

热力学参数获取单元，用于获取复合材料的热力学参数；

固化变形仿真单元，用于根据所述热力学参数和所述成型工艺曲线，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行固化变形的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值。

可选的，所述破坏强度仿真模块，具体包括：

力学参数获取单元，用于获取复合材料的力学参数；所述力学参数包括弹性力学参数和破坏力学参数；

破坏强度仿真单元，用于分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行破坏强度的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷。

可选的，所述线性函数值计算模块，具体包括：

归一化单元，用于分别对所述变形绝对值的全局最大值和所述全局最大载荷进行归一化处理，得到归一化后的变形绝对值的全局最大值和归一化后的全局最大载荷；

线性函数值计算单元，用于将所述归一化后的变形绝对值的全局最大值和所述归一化后的全局最大载荷输入所述线性函数中，得到每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的线性函数值；

其中，

所述线性函数的公式如下：

F＝αx+βy

式中，F为线性函数，x为归一化后的变形绝对值的全局最大值，α为变形绝对值变量的权重，α＞0，y为归一化后的全局最大载荷，β为载荷变量的权重，β＜0。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种复合材料铺层优化方法及系统，基于铺层个数和铺层角度集合，得到复合材料构件的不同种铺层角度排列方式；根据成型工艺曲线，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行固化变形的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值；分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行破坏强度的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷；将每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值和每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷输入线性函数中，得到每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的线性函数值；以最小线性函数值对应的复合材料构件的铺层角度排列方式为输入，以载荷最大和固化变形最小为目标，采用优化算法，得到优化后的铺层角度排列方式。本发明在复合材料刚强度优化过程中考虑固化变形的影响，基于铺层角度这一铺层参数进行复合材料铺层优化，能够使成型后的复合材料制件既有很高的刚强度，又不会产生较大的固化变形。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中复合材料铺层优化方法流程图；

图2为本发明实施例中考虑复合材料刚强度与固化变形的复合材料铺层优化设计方法流程图；

图3为本发明实施例中L型件的几何模型示意图；

图4为本发明实施例中强度、固化变形一体优化迭代示意图；

图5为本发明实施例中帕累托解分布示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种复合材料铺层优化方法及系统，在复合材料刚强度优化过程中考虑固化变形的影响，使得成型后的复合材料制件既有很高的刚强度，又不会产生较大的固化变形。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

复合材料成型过程中的固化变形是复合材料制件设计中应该注意的问题，由于复合材料高昂的成本，经典的试错法已经不适用于复合材料制件设计。随着复合材料固化成型过程数值模拟技术不断完善，通过数值模拟可以得到复合材料制件后的残余应力、固化变形或者成型过程中的温度、固化度均匀性，这对复合材料制件设计提供了巨大的参考价值。研究发现，复合材料制件的铺层角度对固化变形有较大的影响，通过改变铺层角度可以改善成型过程中的固化变形。

基于此，可以看出铺层角度对于复合材料制件的刚强度以及固化变形都有较大影响，本发明基于铺层角度这一铺层参数进行复合材料铺层优化，能够使成型后的复合材料制件既有很高的刚强度，又不会产生较大的固化变形。

图1为本发明实施例中复合材料铺层优化方法流程图，如图1所示，一种复合材料铺层优化方法，包括：

步骤1：建立复合材料的三维模型，确定三维模型的成型工艺曲线和铺层个数。

步骤2：获取铺层角度集合；铺层角度集合包括多个不同的预设铺层角度。

步骤3：基于铺层个数和铺层角度集合，得到复合材料构件的不同种铺层角度排列方式；其中，按照复合材料构件的铺层顺序，为每层铺层从预设铺层角度集合中选择一个预设铺层角度，将复合材料构件的所有铺层进行组合，得到一种铺层角度排列方式。

步骤3，具体包括：

根据铺层个数，采用拉丁超立方抽样方法，在铺层角度集合中选取预设铺层角度，得到复合材料构件的不同种铺层角度排列方式。

步骤4：根据成型工艺曲线，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行固化变形的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值。

步骤4，具体包括：

获取复合材料的热力学参数；

根据热力学参数和成型工艺曲线，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行固化变形的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值。

步骤5：分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行破坏强度的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷。

步骤5，具体包括：

获取复合材料的力学参数；力学参数包括弹性力学参数和破坏力学参数；

根据力学参数，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行破坏强度的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷。

步骤6：将每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值和每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷输入线性函数中，得到每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的线性函数值；线性函数是将变形绝对值变量和载荷变量加权求和得到，变形绝对值变量的权重为正，载荷变量的权重为负。

步骤6，具体包括：

分别对变形绝对值的全局最大值和全局最大载荷进行归一化处理，得到归一化后的变形绝对值的全局最大值和归一化后的全局最大载荷；

将归一化后的变形绝对值的全局最大值和归一化后的全局最大载荷输入线性函数中，得到每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的线性函数值；

其中，

线性函数的公式如下：

F＝αx+βy

式中，F为线性函数，x为归一化后的变形绝对值的全局最大值，α为变形绝对值变量的权重，α＞0，y为归一化后的全局最大载荷，β为载荷变量的权重，β＜0。

步骤7：以最小线性函数值对应的复合材料构件的铺层角度排列方式为输入，以载荷最大和固化变形最小为目标，采用优化算法，得到优化后的铺层角度排列方式。

根据本发明得到的优化后的铺层角度排列方式，结合成型工艺曲线，进行热压罐成型，得到复合材料。

本发明还提供一种复合材料铺层优化系统，包括：

三维模型建立模块，用于建立复合材料的三维模型，确定三维模型的成型工艺曲线和铺层个数。

铺层角度集合获取模块，用于获取铺层角度集合；铺层角度集合包括多个不同的预设铺层角度。

复合材料构件铺层角度排列方式生成模块，用于基于铺层个数和铺层角度集合，得到复合材料构件的不同种铺层角度排列方式；其中，按照复合材料构件的铺层顺序，为每层铺层从预设铺层角度集合中选择一个预设铺层角度，将复合材料构件的所有铺层进行组合，得到一种铺层角度排列方式。

固化变形仿真模块，用于根据成型工艺曲线，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行固化变形的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值；

破坏强度仿真模块，用于分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行破坏强度的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷。

线性函数值计算模块，用于将每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值和每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷输入线性函数中，得到每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的线性函数值；线性函数是将变形绝对值变量和载荷变量加权求和得到，变形绝对值变量的权重为正，载荷变量的权重为负。

铺层角度优化模块，用于以最小线性函数值对应的复合材料构件的铺层角度排列方式为输入，以载荷最大和固化变形最小为目标，采用优化算法，得到优化后的铺层角度排列方式。

其中，

复合材料构件铺层角度排列方式生成模块，具体包括：

复合材料构件铺层角度排列方式生成单元，用于根据所述铺层个数，采用拉丁超立方抽样方法在所述铺层角度集合中选取预设铺层角度，得到复合材料构件的不同种铺层角度排列方式。

固化变形仿真模块，具体包括：

热力学参数获取单元，用于获取复合材料的热力学参数；

固化变形仿真单元，用于根据热力学参数和成型工艺曲线，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行固化变形的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值。

破坏强度仿真模块，具体包括：

力学参数获取单元，用于获取复合材料的力学参数；力学参数包括弹性力学参数和破坏力学参数；

破坏强度仿真单元，用于分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行破坏强度的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷。

线性函数值计算模块，具体包括：

归一化单元，用于分别对变形绝对值的全局最大值和全局最大载荷进行归一化处理，得到归一化后的变形绝对值的全局最大值和归一化后的全局最大载荷；

线性函数值计算单元，用于将归一化后的变形绝对值的全局最大值和归一化后的全局最大载荷输入线性函数中，得到每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的线性函数值；

其中，

线性函数的公式如下：

F＝αx+βy

式中，F为线性函数，x为归一化后的变形绝对值的全局最大值，α为变形绝对值变量的权重，α＞0，y为归一化后的全局最大载荷，β为载荷变量的权重，β＜0。

为了进一步说明本发明提供的考虑复合材料刚强度与固化变形的复合材料铺层优化设计方法，如图2所示，一种考虑复合材料刚强度与固化变形的复合材料铺层优化设计方法包括：

步骤101：创建复合材料构件的三维模型。

步骤102：根据经验以及应用需要得到该模型的成型工艺曲线以及初始铺层参数。初始铺层参数即为各个铺层的铺层角度，它们为待优化参数。

步骤103：确定铺层角度的可选取值；

根据实际成型需要，选取[-45；0；45；90]为铺层角度参数的可选取值。

步骤104：基于铺层角度可选取值，采用拉丁超立方抽样对铺层角度参数进行样本抽取。

步骤105：根据抽取的样本，进行仿真计算。

计算不同铺层角度参数下构件的固化变形：根据所取的样本点进行固化变形的数值模拟，也就是通过ABAQUS软件实现固化变形的仿真计算，在计算结果中选择变形绝对值的全局最大值作为衡量固化变形程度的量，将该最大值作为输出量之一保存下来。

计算不同铺层角度参数下成型后的复合材料构件的破坏强度：根据所取的样本点在ABAQUS里进行破坏强度的计算，定义构件破坏即为构件失效，依据Hashin失效准则，选择在相应加载条件下，构件从未失效到失效过程中全局最大载荷作为衡量构件破坏强度的量，将该全局最大载荷定义为失效载荷作为另一个输出量保存下来。

步骤106：根据抽样结果，确定一组接近最优解的铺层参数。

具体的确定方法为：根据抽样过程中保存下来的固化变形最大值以及失效载荷。首先，为了保证后续处理的有效性，需要采用归一化将固化变形最大值和失效载荷调整到同一量级，其次，在实际设计过程中，失效载荷对于构件的使用的影响更大，因此，对于固化变形最大值设置0.35的权重，失效载荷的值设置0.65的权重，最后将这两者线性组合起来得到一个目标函数值，比较所有样本点的目标函数值，目标函数值最小即为样本点中接近最优解的铺层参数。

具体的组合方式为：考虑到要求固化变形越小越好，失效载荷越大越好，因此失效载荷前应该为负号，综上目标函数f(x)＝0.35a-0.65b.其中a为变形绝对值的全局最大值经过归一化后的值，b为全局最大载荷经过归一化后的值。

步骤107：根据所得到的接近最优解的铺层参数，采用NSGA-Ⅱ优化算法确定最优的铺层角度参数。

以实验设计(仿真计算)所得最优点(质量下降到某值内的最短时间点)做为NSGA-Ⅱ算法的初值点，并适当调整NSGA-Ⅱ算法的进化代数、交叉率、交叉算子和变异算子。

仿真以失效载荷最大和固化变形最小为目标进行优化计算，获得最终的铺层角度。

步骤108：根据得到的最优铺层角度参数，结合成型工艺曲线，进行热压罐成型。

通过对铺层参数进行强度、固化变形联合设计，在构件强度相对于单纯的强度设计仅下降不超过3.0％的条件下，固化变形降低0.31mm，相比降低了61％，显著降低了构件制造过程中报废的几率。

在本实施例中，采用本发明所述的复合材料铺层角度优化设计方法对L型复合材料构件的铺层角度进行优化设计，尺寸参见图3，图3(a)为左视图，图3(b)为正视图，T800H/3633复合材料参数见表1。

表1：T800H/3633复合材料力学性能

E₁、E₂、E₃—材料各方向弹性模量；G₁₂、G₁₃、G₂₃—材料各方向剪切模量；v₁₂、v₁₃、v₂₃—材料各方向泊松比；X_T、X_C—材料纤维方向拉伸、压缩失效载荷；Y_T、Y_C—材料垂直纤维方向拉伸、压缩失效载荷；S—材料各方向剪切失效载荷。

获取该构件的固化工艺曲线以及初始铺层角度参数[45,0,-45,0,45,0,-45,0]；

将前八层铺层角度作为参数，可选取值为[-45,0,45,90]离散集，采用超拉丁抽样方法抽取了101个实验样本；

计算固化变形时，根据该复合材料的固化工艺曲线以及一些热力学参数来计算该L型件在成型结束后的固化变形，并以最大变形量最为固化质量衡量标准；

计算构件强度时，以表1的数据为材料属性，计算该L型件在横向载荷下的能承受的最大载荷作为强度衡量标准；

根据抽样结果，得到[0,-45,45,0,45,-45,45,0]_s为接近最优解的铺层角度参数；下脚标s指的是复合材料铺层角度对称，例如，复合材料构件的铺层一共有四层，可以表示为[0,-45,-45,0]，也可以表示为[0,-45]_s。

以该铺层角度参数来进行多目标优化，优化算法为NSGA-Ⅱ，种群数目为30，迭代步为150，交叉率为0.95，交叉算子为3.0，变异算子为3.0，得到优化结果。

构件初始铺层参数为[-45,-45,0,45,0,45,0,0]_s为仅考虑强度优化设计结果，通过对铺层参数进行强度、固化变形联合优化设计，得到最优的铺层参数为[0,0,0,45,0,-45,45,-45]_s，在构件强度相对于单纯的强度设计仅下降不超过3.0％的条件下，固化变形降低0.31mm，相比降低了61％，显著降低了构件制造过程中报废的几率。优化迭代曲线如图4所示，帕累托解分布情况如图5所示。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种复合材料铺层优化方法，其特征在于，包括：

建立复合材料的三维模型，确定所述三维模型的成型工艺曲线和铺层个数；

获取铺层角度集合；所述铺层角度集合包括多个不同的预设铺层角度；

基于所述铺层个数和所述铺层角度集合，得到复合材料构件的不同种铺层角度排列方式；其中，按照复合材料构件的铺层顺序，为每层铺层从预设铺层角度集合中选择一个预设铺层角度，将复合材料构件的所有铺层进行组合，得到一种铺层角度排列方式；

根据所述成型工艺曲线，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行固化变形的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值；

分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行破坏强度的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷；

将每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值和每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷输入线性函数中，得到每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的线性函数值；所述线性函数是将变形绝对值变量和载荷变量加权求和得到，变形绝对值变量的权重为正，载荷变量的权重为负；

以最小线性函数值对应的复合材料构件的铺层角度排列方式为输入，以载荷最大和固化变形最小为目标，采用优化算法，得到优化后的铺层角度排列方式。

2.根据权利要求1所述的复合材料铺层优化方法，其特征在于，所述基于所述铺层个数和所述铺层角度集合，得到复合材料构件的不同种铺层角度排列方式，具体包括：

根据所述铺层个数，采用拉丁超立方抽样方法在所述铺层角度集合中选取预设铺层角度，得到复合材料构件的不同种铺层角度排列方式。

3.根据权利要求1所述的复合材料铺层优化方法，其特征在于，所述根据所述成型工艺曲线，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行固化变形的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值，具体包括：

获取复合材料的热力学参数；

根据所述热力学参数和所述成型工艺曲线，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行固化变形的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值。

4.根据权利要求1所述的复合材料铺层优化方法，其特征在于，所述分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行破坏强度的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷，具体包括：

获取复合材料的力学参数；所述力学参数包括弹性力学参数和破坏力学参数；

根据所述力学参数，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行破坏强度的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷。

5.根据权利要求1所述的复合材料铺层优化方法，其特征在于，所述将每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值和每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷输入线性函数中，得到每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的线性函数值，具体包括：

分别对所述变形绝对值的全局最大值和所述全局最大载荷进行归一化处理，得到归一化后的变形绝对值的全局最大值和归一化后的全局最大载荷；

将所述归一化后的变形绝对值的全局最大值和所述归一化后的全局最大载荷输入所述线性函数中，得到每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的线性函数值；

其中，

所述线性函数的公式如下：

F＝αx+βy

式中，F为线性函数，x为归一化后的变形绝对值的全局最大值，α为变形绝对值变量的权重，α＞0，y为归一化后的全局最大载荷，β为载荷变量的权重，β＜0。

6.一种复合材料铺层优化系统，其特征在于，包括：

三维模型建立模块，用于建立复合材料的三维模型，确定所述三维模型的成型工艺曲线和铺层个数；

铺层角度集合获取模块，用于获取铺层角度集合；所述铺层角度集合包括多个不同的预设铺层角度；

复合材料构件铺层角度排列方式生成模块，用于基于所述铺层个数和所述铺层角度集合，得到复合材料构件的不同种铺层角度排列方式；其中，按照复合材料构件的铺层顺序，为每层铺层从预设铺层角度集合中选择一个预设铺层角度，将复合材料构件的所有铺层进行组合，得到一种铺层角度排列方式；

固化变形仿真模块，用于根据所述成型工艺曲线，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行固化变形的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值；

破坏强度仿真模块，用于分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行破坏强度的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷；

线性函数值计算模块，用于将每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值和每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷输入线性函数中，得到每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的线性函数值；所述线性函数是将变形绝对值变量和载荷变量加权求和得到，变形绝对值变量的权重为正，载荷变量的权重为负；

铺层角度优化模块，用于以最小线性函数值对应的复合材料构件的铺层角度排列方式为输入，以载荷最大和固化变形最小为目标，采用优化算法，得到优化后的铺层角度排列方式。

7.根据权利要求6所述的复合材料铺层优化系统，其特征在于，所述复合材料构件铺层角度排列方式生成模块，具体包括：

复合材料构件铺层角度排列方式生成单元，用于根据所述铺层个数，采用拉丁超立方抽样方法在所述铺层角度集合中选取预设铺层角度，得到复合材料构件的不同种铺层角度排列方式。

8.根据权利要求7所述的复合材料铺层优化系统，其特征在于，所述固化变形仿真模块，具体包括：

热力学参数获取单元，用于获取复合材料的热力学参数；

固化变形仿真单元，用于根据所述热力学参数和所述成型工艺曲线，分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行固化变形的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的变形绝对值的全局最大值。

9.根据权利要求8所述的复合材料铺层优化系统，其特征在于，所述破坏强度仿真模块，具体包括：

力学参数获取单元，用于获取复合材料的力学参数；所述力学参数包括弹性力学参数和破坏力学参数；

破坏强度仿真单元，用于分别对每一种铺层角度排列方式的复合材料构件进行破坏强度的仿真计算，确定每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的全局最大载荷。

10.根据权利要求9所述的复合材料铺层优化系统，其特征在于，所述线性函数值计算模块，具体包括：

归一化单元，用于分别对所述变形绝对值的全局最大值和所述全局最大载荷进行归一化处理，得到归一化后的变形绝对值的全局最大值和归一化后的全局最大载荷；

线性函数值计算单元，用于将所述归一化后的变形绝对值的全局最大值和所述归一化后的全局最大载荷输入所述线性函数中，得到每一种铺层角度排列方式的复合材料构件的线性函数值；

其中，

所述线性函数的公式如下：

F＝αx+βy

式中，F为线性函数，x为归一化后的变形绝对值的全局最大值，α为变形绝对值变量的权重，α＞0，y为归一化后的全局最大载荷，β为载荷变量的权重，β＜0。

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