连续纤维增强复合材料结构

拓扑与纤维路径协同优化

该框架采用统一参数化模型同时设计结构拓扑和曲线纤维路径，在满足制造和强度约束的同时实现比现有均匀纤维布局更高的刚度。

Ding, Wenjie · 廖海涛 · Ran, Tao · Yingtao, Zhao · Kai, Wang · Lu, Cao

Composite Structures 2026

技术优势

设计更轻更强

统一参数化模型同时优化拓扑与纤维路径，最大化结构刚度，数值结果表明刚度显著高于传统均匀纤维布局。

制造缺陷更少

通过最大曲率约束限制纤维路径，防止打印缺陷，确保制造可行性。

强度有保证

优化循环内采用Tsai-Wu失效准则严格满足强度约束，设计结果可直接用于承载部件。

纤维含量可控

通过控制轮廓对齐路径中的丝束间距实现可变纤维含量，适应局部性能需求。

应用场景

• 轻量化结构设计：直接生成同时满足制造与强度约束的轻量化复合材料结构，替代传统分步设计。
• 连续纤维3D打印：路径规划中嵌入曲率限制，减少打印缺陷，提高连续纤维3D打印成功率。
• 航空航天复合材料部件：提供满足强度准则的轻量化设计，适用于航空航天承载部件，提升刚度/重量比。
• 智能建造结构优化：为智能建造提供集成制造约束的结构优化方法，支持从设计到增材制造的直通流程。