具有可变截面和可变厚度层压结构的CFRP保险杠的前向设计方法：从拓扑设计到参数化设计

《Polymer Composites》：Forward Design Method of CFRP Bumper With Variable Cross-Sections and Variable-Thickness Lamination: From Topology Design to Parametric Design

CFRP汽车保险杠前向设计方法通过宏观结构截面与介观铺层方案双变量优化，结合经典层合板理论简化本构模型，建立可变截面与厚度分区设计基础。基于非均匀有理B样条(NURBS)参数化框架实现多尺度参数耦合，原型测试显示较传统金属复刻方案减重22.2%、吸能提升22.9%、冲击力降低12.7%。

　　

摘要

碳纤维增强塑料（CFRP）的各向异性以及层压方案的灵活性给部件设计带来了重大挑战。本研究提出了一种CFRP汽车保险杠的前向设计方法，将结构截面视为宏观设计变量，将层压方案视为微观设计变量。为了解决各向异性部件的复杂性，利用经典层压理论简化了CFRP层压本构模型，为变截面和厚度划分的概念设计奠定了基础。在此基础上，进一步开发了一个双尺度参数框架，通过非均匀有理B样条（NURBS）和自定义参数化方案整合了宏观和微观参数。使用该方法制造的原型进行了实验测试。结果表明，与采用传统经验方法设计的、直接复制金属部件的基准CFRP保险杠相比，所提出的方法实现了前向设计，使重量减轻了22.2%，能量吸收提高了22.9%，峰值冲击力降低了12.7%。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。