本發(fā)明涉及碳纖維復合材料結構設計，具體涉及一種基于碳纖維復合材料數(shù)據(jù)庫的快速結構設計方法。

背景技術：

1、隨著航空航天、汽車制造、體育器材及能源領域對高性能、輕量化材料需求的日益增長，碳纖維復合材料（cfrp）因其優(yōu)異的比強度、比模量以及良好的耐腐蝕性和抗疲勞性能，成為了這些領域中的關鍵材料。然而，碳纖維復合材料的結構設計過程復雜且耗時，涉及到材料選擇、鋪層設計、力學分析等多個環(huán)節(jié)，且需要高度專業(yè)化的知識和經驗。

2、碳纖維復合材料結構設計具有靈活性，不同的材料選用、鋪層結構往往導致整體性能的不同，這是復合材料區(qū)別于金屬材料的一大特點，能夠自由組合設計出滿足特色需求的復合材料。但同時由于選材和鋪層結構的靈活性，這些參數(shù)的微小變化都可能對結構的整體性能產生顯著影響。因此，在結構設計過程中，需要全面、準確地掌握各種碳纖維復合材料的性能數(shù)據(jù)，以便進行合理的選擇。然而，目前市場上關于碳纖維復合材料性能參數(shù)的數(shù)據(jù)庫難以滿足實際設計需求，往往需要進行力學性能試驗為結構設計提供資料。

3、傳統(tǒng)的碳纖維復合材料結構設計方法往往依賴于工程師的經驗和大量的試錯實驗，這不僅增加了設計成本和時間，還難以保證設計結果的最優(yōu)性。此外，隨著碳纖維復合材料種類的不斷增加和應用場景的日益多樣化，如何快速、準確地完成結構設計，以滿足不同工況下的性能要求，成為了亟待解決的問題。

4、綜上，在碳纖維復合材料結構設計領域，現(xiàn)有技術主要存在以下幾個方面的缺點：

5、1.傳統(tǒng)設計中往往缺乏碳纖維復合材料數(shù)據(jù)庫，導致設計過程中需要查閱文獻或進行力學性能試驗。

6、2.?現(xiàn)有的結構優(yōu)化方法往往需要人工手動的進行計算，且使用的優(yōu)化軟件往往具有一定使用門檻，存在著計算效率低，優(yōu)化效果不理想、不能重復使用等問題。

7、3.?傳統(tǒng)設計流程繁瑣，往往需要多方合作，不利于快速響應市場需求

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決上述背景技術中存在的技術問題，本發(fā)明提出了一種基于碳纖維復合材料數(shù)據(jù)庫的快速結構設計方法，旨在通過全面的數(shù)據(jù)庫、機器學習算法和便捷的設計流程，為碳纖維復合材料結構設計提供高效、準確的解決方案。

2、具體的，本發(fā)明提供了一種基于碳纖維復合材料數(shù)據(jù)庫的快速結構設計方法，包括如下步驟：

3、s1：通過圖像識別技術將導入的復合材料結構模型拆解為基礎接頭結構和基礎連接結構，將拆解得到的基礎接頭結構和基礎連接結構與復合材料基礎結構庫進行匹配，獲取該復合材料結構模型的組成信息；

4、s2：通過人工輸入用戶需求，系統(tǒng)調用復合材料鋪層性能庫，將材料性能與鋪層結構匹配到復合材料結構模型的基礎接頭結構和基礎連接結構；

5、s3：將步驟s1得到的模型結構組成信息和步驟2得到的材料性能及鋪層結構參數(shù)作為機器學習的輸入端，將用戶需求作為機器學習的指標，通過機器學習的方法，優(yōu)選出符合用戶需求的復合材料類型與鋪層結構。

6、作為本發(fā)明的進一步說明，步驟s1中，通過圖像識別技術將導入的復合材料結構模型拆解為基礎接頭結構和基礎連接結構，具體包括：

7、寫入基于外部導入的復合材料三維模型；

8、對導入的三維模型進行圖像識別，將其自動拆分為基礎接頭結構和基礎連接結構。

9、作為本發(fā)明的進一步說明，所述復合材料基礎結構庫包含：基礎接頭結構和基礎連接結構；其中，基礎接頭結構包含三通接頭類、四通接頭類、五通接頭類、六通接頭類，每類接頭除主接頭外還包含分支接頭；基礎連接結構包含不同規(guī)格尺寸的連接管。

10、作為本發(fā)明的進一步說明，步驟s2中，所述用戶需求包含：結構的性能需求、成本需求及重量需求；用戶根據(jù)實際需求填寫一種或以上。

11、作為本發(fā)明的進一步說明，所述復合材料鋪層性能庫包含不同類型碳纖維復合材料的基礎力學性能參數(shù)及基礎結構的鋪層結構參數(shù)。

12、作為本發(fā)明的進一步說明，所述基礎力學性能參數(shù)包含密度、強度、模量、泊松比參數(shù)；所述鋪層結構參數(shù)包含單層厚度、鋪層層數(shù)和鋪層順序，以及結構對應的強度、價格、重量。

13、作為本發(fā)明的進一步說明，步驟s3中，機器學習過程中，通過模型訓練自動挑選滿足需求的材料類型與鋪層結構方案的機器學習模型，該模型包括材料種類、鋪層結構類型、結構強度、價格、重量，該模型在訓練中采用有限元與實驗結合的方法，最終獲得材料種類-鋪層結構-強度-價格-重量的最佳匹配方案。

14、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果：

15、1.現(xiàn)有的復合材料結構設計具有較長的設計周期，在有限元建模計算、力學性能試驗、樣品試制多個環(huán)節(jié)中花費的時間成本較高，本發(fā)明可快速設計得到滿足需求的結構設計方案，降低工藝設計成本，提高效率。

16、2.現(xiàn)有的復合材料結構設計的模型通用性較低，本發(fā)明采用包含多種規(guī)格尺寸的復合材料基礎結構數(shù)據(jù)庫、復合材料鋪層性能庫，模型通用性高，且能夠重復使用，能夠降低設計時間，提高生產效率。

17、3.現(xiàn)有的復合材料結構設計過程中經常需要使用多種建模軟件、有限元軟件和優(yōu)化算法，往往過程復雜且解法不一，本發(fā)明將圖像識別、數(shù)據(jù)庫、機器學習融合為一體，能夠簡化設計流程、降低設計門檻。

18、本技術方案的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本技術方案而了解。本技術方案的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。

19、下面通過附圖和實施例，對本技術方案的技術方案做進一步的詳細描述。

技術特征：

1.一種基于碳纖維復合材料數(shù)據(jù)庫的快速結構設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權利要求1所述的基于碳纖維復合材料數(shù)據(jù)庫的快速結構設計方法，其特征在于，步驟s1中，通過圖像識別技術將導入的復合材料結構模型拆解為基礎接頭結構和基礎連接結構，具體包括：

3.如權利要求1所述的基于碳纖維復合材料數(shù)據(jù)庫的快速結構設計方法，其特征在于，所述復合材料基礎結構庫包含：基礎接頭結構和基礎連接結構；其中，基礎接頭結構包含三通接頭類、四通接頭類、五通接頭類、六通接頭類，每類接頭除主接頭外還包含分支接頭；基礎連接結構包含不同規(guī)格尺寸的連接管。

4.如權利要求1所述的基于碳纖維復合材料數(shù)據(jù)庫的快速結構設計方法，其特征在于，步驟s2中，所述用戶需求包含：結構的性能需求、成本需求及重量需求；用戶根據(jù)實際需求填寫一種或以上。

5.如權利要求1所述的基于碳纖維復合材料數(shù)據(jù)庫的快速結構設計方法，其特征在于，所述復合材料鋪層性能庫包含不同類型碳纖維復合材料的基礎力學性能參數(shù)及基礎結構的鋪層結構參數(shù)。

6.如權利要求5所述的基于碳纖維復合材料數(shù)據(jù)庫的快速結構設計方法，其特征在于，所述基礎力學性能參數(shù)包含密度、強度、模量、泊松比參數(shù)；所述鋪層結構參數(shù)包含單層厚度、鋪層層數(shù)和鋪層順序，以及結構對應的強度、價格、重量。

7.如權利要求1所述的基于碳纖維復合材料數(shù)據(jù)庫的快速結構設計方法，其特征在于，步驟s3中，機器學習過程中，通過模型訓練自動挑選滿足需求的材料類型與鋪層結構方案的機器學習模型，該模型包括材料種類、鋪層結構類型、結構強度、價格、重量，該模型在訓練中采用有限元與實驗結合的方法，最終獲得材料種類-鋪層結構-強度-價格-重量的最佳匹配方案。

技術總結
本發(fā)明提供了一種基于碳纖維復合材料數(shù)據(jù)庫的快速結構設計方法，包括：通過圖像識別技術將導入的復合材料結構模型拆解為基礎接頭結構和基礎連接結構，將其與復合材料基礎結構庫進行匹配，獲取該復合材料結構模型的組成信息，通過人工輸入用戶需求，系統(tǒng)調用復合材料鋪層性能庫，將材料性能與鋪層結構匹配到復合材料結構模型的基礎接頭結構和基礎連接結構；將上述模型結構組成信息和材料性能及鋪層結構參數(shù)作為機器學習的輸入端，將用戶需求作為機器學習的指標，通過機器學習的方法，優(yōu)選出符合用戶需求的復合材料類型與鋪層結構。本發(fā)明將圖像識別、數(shù)據(jù)庫、機器學習融合為一體，能夠簡化設計流程、降低設計門檻。

技術研發(fā)人員：肖非,王偉,劉東旭,陳家豪,唐斌
受保護的技術使用者：重慶三航新材料技術研究院有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6