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确定多个 复合材料层在结构体积内的分布

阅读：1023发布：2020-08-15

专利汇可以提供确定多个复合材料层在结构体积内的分布专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且描述了一种用于设计多层结构的装置和方法。多层结构可以是具有要用多个复合材料层来填充的体积的、简单的或复杂的形状。复合材料可以包括纤维 /聚合体复合物。该方法使得在设计阶段多层结构内的层分布和重新排序更容易。结构内的每个层的尺寸数据可以被提供作为输出数据并且用于切割每个层的“平坦”图案。该方法和装置可以加速高强度复合多层结构的设计和开发。，下面是确定多个复合材料层在结构体积内的分布专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于设计多层结构的方法，所述方法由至少一个处理器来执行，所述至少一个处理器适于执行以下处理步骤，所述处理步骤包括：
接收限定所述多层结构的尺寸的设计数据；
接收限定用于形成所述多层结构的多个层中的至少一个层的至少一个层参数的参数数据；
计算至少一个层变换辅助线，所述层变换辅助线识别布置在所述多层结构内的多个位置中的任一位置处的所述至少一个层的至少一个配置参数；
接收用于在所述多层结构内重新定位所述至少一个层的指令；以及
基于所述用于重新定位的指令和所述至少一个层变换辅助线来确定所述至少一个层的层配置数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个层变换辅助线包括存储在至少一个非暂态计算机可读介质中的层变换辅助线数据，所述层变换辅助线数据表示选自以下组的元素或元素的组合：表面、多条直线、用于生成表面的一个或更多个数学表达式和用于生成多条直线的一个或更多个数学表达式。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述至少一个层变换辅助线，使得所述至少一个层变换辅助线从所述多层结构的第一表面垂直地延伸到所述多层结构的第二表面并且具有为多个层厚度的长度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定的动作包括：使用所述至少一个层变换辅助线来识别被重新定位到所述多个位置中的每个位置的所述至少一个层的空间范围。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定层配置数据的动作包括：使用所述至少一个层变换辅助线来识别所述多层结构内的另一个层的至少一次覆盖畸变。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定层配置数据的动作包括：使用所述至少一个层变换辅助线来识别能够被重新使用作为所述至少一个层的层配置数据的至少一部分的、先前计算的层配置数据的一部分。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述计算步骤还包括：
将所述多层结构的外边界表面划分成至少第一表面部分和第二表面部分；以及识别在所述第一表面部分和所述第二表面部分上的限定所述第一表面部分与所述第二表面部分之间的恒定距离的轨迹的等高线对，其中，每个等高线用存储在至少一个非暂态计算机可读介质中的数据来表示。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少一个层变换辅助线包括：表示连接所述等高线对之一中的第一等高线和第二等高线的表面的数据。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少一个层变换辅助线包括：表示连接至所述等高线对之一中的第一等高线和第二等高线的直线或曲线的数据。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，连续的等高线对之间的间距表示相应的层厚度，相应的所述层与所述连续的等高线对之一相关联。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，对于所述至少一个层，限定了一个等高线对。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个等高线对中的第一等高线由所述至少一个层变换辅助线与所述外表面的所述第二表面部分的第一交叉点来限定。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述一个等高线对中的第二等高线由所述至少一个层变换辅助线与所述外表面的所述第一表面部分的第二交叉点来限定，所述至少一个层变换辅助线从所述第一等高线延伸并且基本上垂直于所述第一表面部分。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定层配置数据还包括：确定响应于所述至少一个层的重新定位而在所述多层结构内被重新定位的所有层的层配置数据。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述确定步骤还包括：重新使用表示所述多个层在所述多层结构内的在先分布的、先前计算的层配置数据的一部分。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述确定步骤还包括：计算由于所述多个层中的至少一个层的至少一次覆盖畸变而导致的所述多个层中的所述至少一个层的大小的增加。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括：将表示所有层的配置的层配置数据提供给数据存储器和/或对所述层配置数据进行视觉显示。
18.根据权利要求14所述的方法，还包括：提供所述至少一个层的平坦图案尺寸数据，所述平坦图案尺寸数据表示布置在平坦表面上的所述至少一个层并且可用作用于从平坦的片材切割出所述至少一个层的辅助线。
19.根据权利要求1所述的方法，还包括：接收指定所述多层结构的至少一个中间表面和与所述至少一个中间表面相关联的至少一个属性的数据。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述设计数据从计算机辅助绘图工具来接收。
21.根据权利要求1所述的方法，其中，所述设计数据限定所述多层结构的体积。
22.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个层参数包括选自以下组的元素：
厚度、材料成分、纤维图案和纤维方向。
23.一种编码有计算机可执行指令的非暂态计算机存储介质，使得所述计算机可执行指令在被执行时使装置适于执行用于设计多层结构的处理步骤，所述处理步骤包括：
将所述多层结构的外边界表面划分成至少第一表面部分和第二表面部分；
计算表示至少一个层变换辅助线的数据，所述至少一个层变换辅助线从所述第一表面部分延伸到所述第二表面部分，所述至少一个层变换辅助线识别所述多层结构的至少一个层的多个配置参数，所述多个配置参数中的每个与所述至少一个层在所述多层结构内的多个位置之一相对应；以及
限定表示所述第一表面部分和所述第二表面部分上的等高线对的数据，所述第一表面部分上的每个等高线与所述第二表面部分上的相应的等高线相关联，并且每对限定所述第一表面部分与所述第二表面部分之间的恒定距离的轨迹，以及其中，
所述装置包括被配置成访问至少一个制造的存储设备的至少一个处理器，以及其中，所述多层结构包括多个复合材料层。
24.根据权利要求23所述的计算机存储介质，其中，每个层变换辅助线布置在每对等高线中的相应的等高线之间。
25.根据权利要求23所述的计算机存储介质，还包括使所述装置适于执行以下处理步骤的计算机可执行指令：
接收用于在所述多层结构内重新定位所述至少一个层的指令；以及
基于所述用于重新定位的指令和所述至少一个层变换辅助线来确定所述重新定位的至少一个层的层配置数据。
26.根据权利要求25所述的计算机存储介质，其中，所述确定还包括：计算由于覆盖畸变而导致的所述至少一个层的大小的增加。
27.根据权利要求25所述的计算机存储介质，还包括使所述装置适于执行以下处理步骤的计算机可执行指令：
使用至少一个层变换辅助线来确定响应于所述至少一个层的所述重新定位而在所述多层结构内被重新定位的所有层的层配置数据。
28.根据权利要求27所述的计算机存储介质，其中，所述确定步骤还包括：重新使用表示所述多个层的在先分布的、先前计算的层配置数据的一部分。
29.根据权利要求25所述的计算机存储介质，还包括用于提供用于结合计算机辅助设计工具来执行所述处理步骤的应用编程接口的计算机可执行指令。
30.根据权利要求25所述的计算机存储介质，还包括使所述装置适于执行以下处理步骤的计算机可执行指令：
从计算机辅助设计工具接收限定所述多层结构的尺寸的设计数据；以及
接收限定所述多个层中的每个层的至少一个层参数的参数数据。
31.根据权利要求30所述的计算机存储介质，还包括使所述装置适于执行以下处理步骤的计算机可执行指令：
将表示所述至少一个层的配置的层配置数据提供给数据存储器和/或对所述层配置数据进行视觉显示。
32.根据权利要求30所述的计算机存储介质，还包括使所述装置适于执行以下处理步骤的计算机可执行指令：
提供所述至少一个层的平坦图案尺寸数据，所述平坦图案尺寸数据表示布置在平坦表面上的所述至少一个层并且可用作用于从平坦的片材切割出所述至少一个层的辅助线。
33.一种用于设计包括多个复合材料层的多层结构的方法，所述方法由具有适于执行以下处理步骤的至少一个处理器的多层设计工具来执行，所述处理步骤包括：
将表示所述多层结构的形状分割成多个子体积；
针对所述多个子体积中的每个计算多个层变换辅助线，每个层变换辅助线与所述多层结构的一个层相关联；
接收用于在所述多个子体积之一内重新定位所选择的层的指令；以及
确定响应于所述选择的层的所述重新定位而在所述多个子体积之一内被移动的所有层的层配置数据，所述确定基于所述用于重新定位的指令和与所述移动的层相关联的层变换辅助线，以及其中，
所述多层设计工具的所述至少一个处理器与至少一个存储介质通信，以及，所述层变换辅助线近似地限定在所述多层结构内被移动的各个层的空间范围。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述确定还包括：重新使用表示层在所述多个子体积之一内的在先分布顺序的、先前计算的层配置数据的一部分。
35.根据权利要求33所述的方法，其中，所述确定还包括：计算由于所述层中的至少一些层的覆盖畸变而被移动的所述层中的所述至少一些层的大小的增加。
36.根据权利要求33所述的方法，还包括：将表示所述多个子体积之一内的所有层的配置的层配置数据提供给数据存储器和/或对所述层配置数据进行视觉显示。
37.根据权利要求33所述的方法，还包括：提供所述选择的层的平坦图案尺寸数据，所述平坦图案尺寸数据表示布置在平坦表面上的所述选择的层的尺寸并且可用作用于从平坦的片材切割出所述选择的层的辅助线。

说明书全文

确定多个复合材料层在结构体积内的分布

技术领域

[0001] 本发明涉及用于设计用多个材料层如多个复合材料层制作的结构的方法和装置。更具体地，本发明涉及确定用于填充结构体积的多个材料层的分布。

背景技术

[0002] 现今，汽车、航空航天、风能、船舶和国防科技中的很多制造品可以包括用多层复合材料制作的结构。如果适当地设计和制作，则多层复合结构可以优于用常规方法制作的结构，例如，通过对工件进行弯曲、切削和紧固或通过用单一材料铣削的结构制作的结构。与由常规方法制作的结构相比，多层复合结构可以提供优良的耐久性和强度重量比。由于复合结构可以被定制成满足特定应用的具体的要求，所以，与比常规结构相比，复合结构可以根据特定的应用提供另外的优势。

[0003] 设计和制作包括多个复合材料层的结构会带来工程挑战。当前的计算机辅助设计（CAD）工具很好地适于提供用于辅助传统的结构设计和制造的尺寸数据，例如，向渲染提供用于指导工件的铣削的尺寸数据。然而，CAD工具没有很好地适于提供用于指导用多个复合材料层制作结构的数据。

[0004] 已经开发了用于扩展CAD工具的功能的附加工具，使得CAD工具可以用于设计复合结构。美国马萨诸塞州沃尔瑟姆市的VISTAGY有限公司提供了若干附加工具，如可以向CAD 软件包添加纤维复合多层设计功能的产品这样的附加工具已经被设计工程师与CAD工具结合使用以促进构思的多层结构发展成商业产品。然而，即使使用这些工具，多层复合结构的设计仍然可能很困难并且是计算密集型的。通常，事先不知道每个层应该多大以及应当如何在结构的体积内分布不同大小的层。通常，以连续的试验-错误布局来分布层，其中每次试验都重新计算数据。在识别层的可接受的分布之前，可能需要大量的迭代。

发明内容

[0005] 发明人已经认识到并且理解，设计多层结构如用复合材料制造的这些结构在某种程度上是具有挑战性的，因为确定多个复合材料层在要制作的三维结构内的分布的任务可能是耗时的。当前用于限定用于填充结构的层的处理可能是高度手动的，需要大量的CAD建模技能，并且需要相当大的计算机存储能力以及功能强大的计算机。此外，当前的处理可能很容易出错并且不可能产生准确且可再现的结果。发明人认识到，当需要大量的层，该结构的形状是非普通的并且可能具有强加于该结构的一个或更多个设计和/或性能约束时，确定如何要用多个层来填充该结构的体积可能相当困难。为了克服与多层设计相关联的困难，发明人已经设计出了用于辅助确定多个复合材料层在设计结构内的分布的方法和装置。开发了可以在设计阶段在结构内对层有效地进行分布和重新排序的计算方法。可以进行层的重新排序或“重排”以满足某些设计和/或性能约束。

[0006] 在某些实施方式中，针对预期的复合结构限定了层变换辅助线，并且计算该结构的两个表面上的等高线。层变换辅助线可以从一个表面上的等高线延伸到另一表面上的相应的或配对的等高线。层变换辅助线可以用于估计在填充该结构的多层堆叠内被移动或被重新定位的任意层的大小和形状。上述方法和装置可以提供表示该结构内的每个层的尺寸和配置的输出层配置数据，并且可以用于快速地提供多个层的替选分布。在一些实现中，提供了“平坦图案”数据，用于指导从平坦的片材来切割出每个层。在多种实施方式中，结合CAD工具来使用上述方法和装置。

[0007] 在示例性实施方式中，用于设计多层结构的方法可以由至少一个处理器来执行，至少一个处理器适于执行以下处理步骤，这些处理步骤包括：（a）接收限定多层结构的尺寸的设计数据，（b）接收限定用于形成该多层结构的多个层中的至少一个层的至少一个层参数的参数数据，以及（c）计算至少一个层变换辅助线，其中，层变换辅助线识别布置在多层结构内的多个位置中的任一位置处的至少一个层的至少一个配置参数。处理器还可以适于执行以下步骤，这些步骤用于：（d）接收用于在多层结构内重新定位至少一个层的指令，以及（e）基于用于重新定位的指令和至少一个层变换辅助线来确定至少一个层的层配置数据。层配置数据可以包括存储在至少一个制造的数据存储设备中的、表示层的三维形状或表面的数据。

[0008] 本发明的实施方式还包括一种编码有计算机可执行指令的非暂态计算机存储介质，使得计算机可执行指令在被执行时使装置适于执行用于设计多层结构的处理步骤。由上述装置执行的处理步骤可以包括：将多层结构的外边界表面划分成至少第一表面部分和第二表面部分，以及计算表示至少一个层变换辅助线的数据，其中，至少一个层变换辅助线从第一表面部分延伸到第二表面部分。至少一个层变换辅助线可以识别多层结构的至少一个层的多个配置参数，并且多个配置参数中的每个可以与至少一个层在多层结构内的多个位置之一相对应。由上述装置执行的处理步骤还可以包括：限定表示第一表面部分和第二表面部分上的等高线对的数据，其中，第一表面部分上的每个等高线与第二表面部分上的相应的等高线相关联，并且每对等高线限定第一表面部分与第二表面部分之间的恒定距离的轨迹。由上述装置执行的附加处理步骤可以包括：针对至少一个层在多层结构内的多个可能的位置中的任何一个或更多个可能位置，计算该至少一个层的三维形状。在多种实施方式中，执行上述处理步骤的装置包括被配置成访问至少一个非暂态存储介质的至少一个处理器，并且多层结构可以包括多个复合材料层。

[0009] 另外的实施方式包括一种用于设计包括多个复合材料层的多层结构的方法，其中，复合结构被细分成多个子体积。该方法可以由具有至少一个处理器的多层设计工具来执行，其中，至少一个处理器可以与至少一个存储介质通信。该处理器可以适于进行以下处理步骤，这些处理步骤包括：（a）将表示多层结构的形状分割成多个子体积，（b）针对多个子体积中的每个子体积计算多个层变换辅助线，其中，每个层变换辅助线与多层结构的一个层相关联。至少一个处理器还可以适于接收用于在多个子体积之一内重新定位所选择的层的指令，以及确定响应于所选择的层的重新定位而在多个子体积之一内被移动的所有层的配置数据。层配置数据的确定可以基于用于对所选择的层重新定位的指令以及与被移动的层相关联的层变换辅助线。上述确定还可以包括重新使用针对层在多层结构内的在先分布所计算的层配置数据。

[0010] 根据结合附图考虑的以下描述，可以更充分地理解前述的发明内容。

附图说明

[0011] 本领域普通技术人员可以理解，这里所描述的附图仅用于说明的目的。应当理解，在一些实例中，本发明的多个方面可以被夸大、简化、缩小或放大示出，以便于理解本发明。附图中的元件的数量可以多于或少于本发明的实施方式中所使用的元件的数量。这些附图不一定强调比例，而是重点说明教示的原理。在附图中，贯穿各个附图，相似的附图标记通常指代相似的特征、功能相似和/或结构相似的元件。附图并不意在以任何方式限制本教示的范围。

[0012] 图1A描绘了要用多个复合材料层制作的结构的横截面的正视图。选择示出的结构100仅出于教示目的，要设计的预期的结构可以是任意形状。

[0013] 图1B描绘了图1A的结构的俯视图。

[0014] 图2A描绘了填充有多个复合材料层的图1A的复合结构的正视图。该描绘示出了多个层被放置在起始于第二表面220并且填充至第一表面210的结构内。

[0015] 图2B描绘了其中多个层被放置在起始于第一表面210并且填充至第二表面220的结构内的图1A的复合结构的正视图。图2A和图2B中的多个层的布置可以表示在结构100的制作过程中“铺设”复合材料的方式。

[0016] 图2C描绘了其中可能已经针对设计结构指定了设计规则的实施方式。作为示例，可以指定具有特定的属性的中间表面255。另外，可以指定最大层250a和第二最大层250b位于沿着该结构的外表面。

[0017] 图3A示出了多层设计工具310可以在其中操作的系统的实施方式。多层设计工具可以适于执行图6的方法步骤。

[0018] 图3B进一步表示了多层设计工具310的实施方式的细节。

[0019] 图4A描绘了等高线410a1至410f1以及410a2至410f2以及层变换辅助线420a至420f。

[0020] 图4B描绘了在结构的表面上限定的等高线410a1。

[0021] 图4C描绘了结构405中的层变换辅助线422的实施方式，并且示出了当层450放置在结构内的不同位置处时的层尺寸和配置的变型。

[0022] 图5描绘了其中多层结构100的两个层已经在多层堆叠内被移动的实施方式。（与图2A相比较）还示出了上层的覆盖畸变。

[0023] 图6是用于使用等高线和层变换辅助线来设计多层结构的方法的实施方式的流程图。

[0024] 根据下面结合附图所阐述的详细描述，本发明的特征和优点将变得更加明显。

具体实施方式

[0025] 概述

[0026] 简言之，本发明的实施方式涉及用于确定用于填充要设计和制作的结构的多个层如复合材料或任意合适的可变形的和/或相符的材料的分布和层配置数据的方法和系统。该结构可以是制造品的部件，例如，汽车的门面板、飞机的气动支柱、喷气机的整流罩或结构面板、风力涡轮机的叶片等。在多种实施方式中，该结构包括根据确定的分布要用多个复合材料层来填充的体积。由于每个层可能很薄，所以可能需要相当数量的层来填充设计的结构的体积。在多种实现中，设计和/或性能约束可以与结构相关联，并且这些约束可以有助于确定用于制造该结构的层的分布。包括至少一个处理器的多层设计工具可以适于执行下面描述的用于确定用于填充符合设计规则和/或性能约束的结构的多个层的分布的处理步骤。

[0027] 表示复合结构的设计数据可以被输入到多层设计工具中，或使用计算机辅助设计（CAD）工具来创建并且经由应用编程接口被提供给多层设计工具。多层设计工具可以接收限定结构的尺寸和形状的设计数据，并且还可以接收限定可以用于填充预期的结构的每个层的至少一个参数的层数据。多层设计工具可以使用设计数据和层数据来计算该结构的等高线和层变换辅助线。在多种实施方式中，等高线被限定在该结构的外表面上。等高线可以指定与该等高线相对应的层的边界。层变换辅助线在一些实施方式中可以根据等高线来确定，而在一些实施方式中可以与等高线相互依赖地来计算。当层在结构内被移动或重排时，层变换辅助线可以用于指定层的边界或层尺寸。层变换辅助线还可以用于确定多层结构内的一个或更多个层的配置数据。

[0028] 一旦针对结构确定了第一层分布，则层变换辅助线可以由多层设计工具用于在多层堆叠内移动一个或更多个层，并且作为计算新的层配置的辅助。由于一个或更多个层的重排而产生的新的层配置可以很容易地使用本文中所描述的方法步骤来计算。另外，来自在先的层配置计算结果的数据可以被循环利用，并且用于获取用于新的层分布的层配置数据。下面将描述本发明的另外的细节和另外的方面。

[0029] 问题的描述

[0030] 现在，通过介绍，参照图1A和图1B，图1A和图1B描绘了要使用多个复合材料层来设计和制作的结构100的实施方式。结构100可以是空气动力或流体动力支柱。该复合结构可以具有任意的三维形状，并且以多个尺寸和/或形状数据为特征。例如，可以指定结构100的某些尺寸，并且提供曲率数据和/或公式，所有这些都限定了三维结构。对于图1的说明，如图1A所示，该结构在横截面（XZ平面）中具有翼型形状，并且如图1B所示，在Y方向上具有沿着该结构的长度延伸的、横扫的长方形形状。横截面的形状可以沿着该结构的长度以任何方式改变。另外，复合结构100可以在Y方向上沿其长度被畸变和/或弯曲。

[0031] 本文中可以使用术语“复合结构”来指代要使用多个复合材料层或可以变形为和/或符合用于填充多层结构的形状的任意合适的材料来设计和制作的结构。选择图1的结构仅用于教示目的。实际上，该结构可以具有任何形状。复合结构的多个层可以不是相同的复合物。例如，一些层可以是具有第一复合物和厚度的复合材料，而另一些层可以是具有第二复合物和相同或不同厚度的复合材料。在一些实现中，复合结构可以包括复合物层（例如，聚合物/纤维复合物的层）与非复合物层（例如，聚合物或金属片的层）的混合物。

[0032] 在传统的制造方法中，可以从固体材料件来制造结构100，例如，用固体材料块铣削的结构100。然而，这样的方法没有利用多层复合物可以提供如改进的强度重量比、耐久性、减少的废弃物和定制的性能特点的优点。虽然与传统的制造处理相比，多层复合物可以提供多项改进，但多层设计和制作可能会带来若干工程挑战，例如，材料的选择、层属性的选择、层尺寸、层在复合结构内的分布等。图2A描绘了分布在结构100内的层的示例。图示中示出了少数的层250a至250f以简化附图。实际上，一些复合结构可以包括10个层或100个层，并且贯穿上述结构，层属性可以不同。

[0033] 完成的结构100中的复合材料的每个层可以包括例如嵌入在固化的树脂中的高强度纤维。在不限制本发明的范围的情况下，可以使用用于复合材料的其他合适的复合物，包括包含下列元素中的一种或更多种元素的复合物：玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、陶瓷基体、环氧树脂、聚酯、干燥编织纤维、预浸渍的无纺纤维、注入编织纤维等。作为一个示例，当制作结构时，树脂可以不被固化或可以不呈现。例如，树脂可以是液体或凝胶形式以及在层在结构内被定位之后添加的固化剂。在一些情况下，可以在一些织物在结构内被定位之后添加树脂和固化剂。在一些实施方式中，树脂和固化剂可以与织物预混合和呈现或随后被应用，但需要固化时间如约5分钟至约24小时来固化该结构。当树脂/固化剂混合物随后被施加给结构时，可以在压力或真空下迫使混合物进入多层结构。纤维可以是玻璃基纤维、芳纶、碳纤维、或任何其他类似的材料，固化树脂可以是环氧基树脂、聚合物、玻璃/聚合物或碳纤维/聚合物复合材料。在一些实施方式中，碳纤维或碳纤维/聚合物复合物包括碳纳米管。当制作结构100时，该结构可以在其中每个层被定位和被连续地添加到结构的“铺设”过程中被组装。在一些情况下，结构的多个部分可以用多个复合材料层来铺设，然后这些部分被结合在一起。

[0034] 鉴于可用于复合结构的各种类型的材料和组装方法，可以理解的是，用多个复合材料层制造结构100可以在满足关于成品的设计和性能规范方面提供明显更大的灵活性。例如，可以通过选择结构内的层中的每个层内的织物的方向、织物的编织、织物类型，和/或树脂类型来定制复合结构的弯曲属性和机械属性。另外，层在结构100内被配置和/或分布的方式可以影响复合结构的弯曲属性和机械属性。

[0035] 图2A和图2B描绘了多个复合材料层250a至250f在结构100内的替选分布。在图示中，图2A和图2B表示与图1A相对应的横截面视图，并且可以理解，层250a至250f延伸到页面中并且到页面外。如图2A所示，层250a至250f可以放置在结构100中以从第二表面220至第一表面210填充该结构的体积。例如，这可以与制作复合结构的方式类似。首先将第一层250a放置在模具中，然后将第二层250b放置在第一层上，依此类推。替选地，如图2B所示，层250a至250f可以被放置成起始于第一表面210并且“铺设”层至第二表面220。例如，可以如图2B所示反转模具。从图2A和图2B中可以看出，层的配置不同并且取决于体积是如何被填充的。

[0036] 图2A和图2B中示出的层分布中的每种层分布可以导致相同的复合结构的不同的机械特性和性能特性。例如，图2A所示的层分布主要表现出了平坦的层配置。这样的层分布可以在Z方向上沿着结构100的长度（Y）提供更大的灵活性。（例如，当文件都平放时，更容易弯曲一摞文件。）由于较小的层的聚结，图2A的复合结构可以沿其第一表面210具有较小的机械强度，并且由于沿着该表面的多个层的边缘，图2A的复合结构表现出了较粗糙的第一表面210。如果表面湿润的话，即，暴露于空气流或液体流，则粗糙的第一表面210会是不理想的。如果材料的应力或剪力沿着该结构的第一表面210集中，则使较小的层分布在顶表面附近会是不理想的。图2B中的层分布可以在Z方向上提供更高的抗弯刚度（折弯一摞弯曲的纸张更困难）、沿第一表面提供更大的机械强度并且提供较平滑的第一表面210。其他的层分布如其中较小的层穿插在较大的层内的分布可以产生不同的机械特性和性能特性。例如，图2C示出了其中可以指定两个最大的层250a、250b位于外表面上的分布。另外，可以指定中间表面255为中性表面，即，当复合结构沿着其长度伸缩时，压缩应力下的所有点与拉伸应力下的所有点之间的表面。因此，设计工程师可以选择复合结构内的层分布以满足具体的设计和性能规则或约束。

[0037] 虽然多层复合物提供对结构的机械属性和性能进行定制以满足设计要求的前景，但该结果是以设计复合结构的复杂度为代价的。例如，每个层例如可以在厚度、横向范围、位置、纤维组合物、纤维图案或编织和树脂组合物等方面变化。这些参数的变化可能导致时间密集型以及手动且计算密集型的设计任务。

[0038] 使用等高线和层变换辅助线来用多个层填充复合结构

[0039] 鉴于常规的用于多层设计的计算密集型的方法，发明人已经开发了可以用于确定复合结构内的层分布的高效率的数值方法和系统。另外，发明人已经开发了在确定后续的分布时重新使用来自在先的层分布计算结果的数据的方法。数据的重新使用可以显著减少与“浪费的”数据——即，在迭代设计过程中针对一项试验分布而计算并且然后由于该解决方案可能无法满足设计标准而被丢弃的数据——相关联的时间量。在描述用于多层设计的发明的方法时，通常参照图3A和图3B、图4A至图4C以及图5，然而，可以认识到，这些附图仅用于说明目的，而并不意在以任何方式限制所描述的方法。

[0040] 图3A描绘了多层设计工具310可以在其中操作的计算环境的实施方式。多层设计工具310可以包括至少一个处理器（图示中未示出），例如，个人计算机或工作站的处理器。上述至少一个处理器可以是计算机的本地处理器，或者，可以分布在局域网或广域网中。多层设计工具310可以与数据存储设备320和应用编程接口（API）330通信。API330可以提供计算机辅助设计（CAD）工具340与多层设计工具310之间的数据交换的接口。在示例性实现中，多层设计工具310被配置成结合CAD工具340经由API330来操作。表示复合结构的设计数据可以使用CAD工具来限定，并且可以输出至多层设计工具用于进一步的处理。从多层设计工具输出的数据可以被提供回CAD工具用于显示、存储、输出和/或另外的处理。数据存储设备320可以包括非暂态存储介质，并且可以是单个存储设备或多种类型的多个分布式存储设备，例如，高速缓存、RAM、ROM、SRAM、DRAM等。数据存储设备320可以针对多层设计工具310、API330和CAD工具340中的任何一个或任何组合存储计算机可执行的指令和/或数据。在多种实现中，多层设计工具310包括使至少一个处理器适于执行如下所述的用于确定多层结构中的层分布的发明的处理步骤的计算机可执行指令。

[0041] 图3B的框图表示中描绘了多层设计工具310的实施方式的另外的细节。多层设计工具310可以被配置成接收至少三种类型的输入数据。多层设计工具还可以适于接收另外的数据，如设计和/或性能约束（图示中未示出）。第一种类型的输入数据可以包括结构数据或体积限定数据301。体积限定数据301可以包括限定复合结构的尺寸和形状所需的任何数据。例如，体积限定数据301可以包括限定复合结构的大小和形状的距离测量值和/或方程。例如，可以从CAD工具340接收体积限定数据，其中，使用CAD工具340可以获得该结构的合适的设计，或者，可以从数据存储器320或直接从用户输入端接收该数据。

[0042] 第二种类型的输入数据可以包括层属性数据302。该数据表示可以用于填充复合结构的体积的多个复合材料层。该数据可以包括但不限于要用于形成复合结构的每个层的厚度、用于制造层的织物的类型、织物的编织、织物嵌入其中的基质类型，例如，聚合物或树脂类型、玻璃/聚合物或碳/聚合物混合物等。也可以从CAD工具340、数据存储器320和/或用户输入端接收层属性数据302。

[0043] 第三种类型的输入数据可以包括填充方向数据303。该数据可以从CAD工具340、数据存储器320和/或用户输入端接收，并且限定了使用多个复合材料层填充复合结构的体积的方向。再次参照图2A至图2C，可以在多个方向上填充结构100。例如，填充方向数据303可以包括用于填充如图2B所示的起始于第一外表面210或如图2A所示的起始于第二外表面220的体积的计算机可读指令。在一些实现中，填充方向数据303可以包括用于填充如图2C建议的起始于两个外表面且朝向中间表面255填充或起始于中间表面且填充至一个或更多个外表面的体积的计算机可读指令。

[0044] 多层设计装置310还可以包括等高线计算器312、层变换辅助线计算器314和层配置计算器316，其中，每个计算器可以直接地或间接地彼此通信。这些部件还可以与结构仿真器318通信。这些部件中的每个部件可以用软件、硬件或其组合来实施。在操作中，等高线计算器312可以基于接收到的输入数据301至303来针对复合结构的至少两个表面计算等高线对“410a1,410a2”至“410f1,410f2”（参照图4A）。层变换辅助线计算器314可以使用等高线信息来确定层变换辅助线420a至420f，可以根据等高线独立地计算层变换辅助线，或者，可以与等高线相互依赖地计算层变换辅助线。结构仿真器318可以针对层在该结构内的所选择的顺序来对复合结构进行数值仿真，并且层配置计算器316可以针对复合结构内的每个层确定配置数据。该配置数据可以表示结构内的每个层的尺寸和形状。例如，配置数据可以表示由层限定的表面，因为该层可以在复合结构内被定形。配置数据还可以包括每个层的“平坦图案”数据。平坦图案数据可以用于指导从平坦的片材切割出每个层，使得切割出的平坦图案精确地符合复合结构内的层的仿真配置。在一些实现中，层配置数据380被提供作为输出，例如至CAD工具的输出以用于显示，至辅助数据存储设备或处理器的输出，或者作为待输入至层切割工具的数据。

[0045] 更详细地，如以上结合复合结构的第一填充所描述的，等高线计算器312可以生成等高线对“410a1,410a2”至“410f1,410f2”。针对该结构的第一填充在复合结构内分布层的方法可以包括利用渐进偏置的方法。在该方法中，首先在该结构的体积内布置第一层，如图2A中的层250a，使得该层从该结构的第一边缘延伸到该结构的第二边缘。然后针对该层计算尺寸和配置数据。与第一层相邻地布置第二层250b，并且第二层250b再次延伸到设计结构100的每个边缘。然后，以这种方式依次添加层以填充该结构。当用多个层填充该结构之后，可以检查该设计是否符合设计约束。

[0046] 虽然通过渐进偏置的方法进行的第一填充对于设计复合结构方面的第一通道来说通常是足够的，但是这通常在填充方向的结束处导致小的层的聚结。这从图2A中可以看出，其中，该结构从第二表面220填充至第一表面210。小的层的浓度可能导致该结构的局部弱化。通常，有必要减少堆叠内的小的层的浓度。这可能要求在第一填充之后在多个层的堆叠内移动一个或更多个层，或者针对一个或更多个层选择一个或更多个目标位置。

[0047] 作为示例性的但非限制性的实施方式，并且参照图2A以及图4A和图4B，当首先将层250a至250f从第二表面220至第一表面210填充在结构100内时，可以生成等高线对。在本实施方式中，如图2A所示，第一层250a沿着第二表面220放置，使得该层沿着第二表面延伸。由于层的厚度，该层在离第二表面基本上等于该层的厚度的距离处与第一表面210相交。第一层250a与第一表面210的交叉点限定了点的轨迹，并且可以用于限定等高线对“410a1,410a2”中的一个等高线410a1。（仍然参见图4B。）等高线对中的第二等高线410a2可以由第二表面220上的离第一表面上的等高线410a1基本上等于该层的厚度的距离处的点的轨迹来限定，其中，沿着垂直于第二表面且与第一表面上的等高线410a1相交的直线来测量该距离。当将层250a至250f中的每个层添加到复合结构时，可以按照这个流程来计算等高线对。可以理解的是，一个表面上的等高线以恒定的距离偏离另一表面，并且该恒定的距离与布置在等高线之间的多个层的累积厚度相对应。在示例性实现中，在复合结构的设计过程中，基于限定的体积，等高线的计算出现一次。

[0048] 在某些实现中，等高线可以由层变换辅助线计算器314用于计算层变换辅助线420a至420f。如图4A所描绘的，层变换辅助线计算器314可以生成包括连接等高线对的表面的层变换辅助线。在一些实施方式中，层变换辅助线420a至420f包括连接等高线对并且沿着等高线分布的最短距离直线。这些直线可以表示连接等高线对的最小区域表面，并且提供包括直线的点的连续边界的合适的近似值。在一些实施方式中，层变换辅助线可以包括如图4C所描绘的连接等高线的弯曲的表面或曲线422。在一些实现中，在复合结构的设计过程中，计算一次层变换辅助线420a至420f。在一些实施方式中，在复合结构的设计阶段，可以多于一次计算层变换辅助线。

[0049] 在另一示例性的但非限制性的实施方式中，可以先于计算等高线来计算层变换辅助线420a至420f。作为示例，可以根据规则如每个层变换辅助线从第一表面垂直延伸且在第二表面终止，来生成层变换辅助线420a至420f。第一表面可以是顶表面或底表面。参照图4A，第一表面可以是下表面220或上表面210。对层变换辅助线420a至420f的第二约束可以是，它们延伸层厚度的整数倍，例如，它们的长度是1个、2个、3个、4个等层厚度。在一些实现中，例如，在在复合结构内的层厚度变化的情况下，层变换辅助线的长度可以用层厚度的累计总和来确定。在一些实施方式中，层变换辅助线的方向可以由用户指定，例如，层变换辅助线要与用户指定的方向平行。指定的方向可以是一个方向，或可以是不同的方向的混合（例如，根据复合结构内的位置变化的多个方向）。对于一些实施方式，复合结构可以沿其长度被畸变，例如，发生在螺旋桨叶片中。在这样的结构中，层变换辅助线可以在方向上沿着该结构的长度变化，表示沿着该结构的长度变换的方向的变化。在另一些实施方式中，层变换辅助线420a至420f可以是如图4C所描绘的曲线。在一些实现中，层变换辅助线420a至420f可以被配置成在复合结构的每个相对表面处是垂直的。在这样的实现中，可以基于每个表面的曲率来确定层变换辅助线的曲率。例如，在靠近比第二表面具有更大的曲率的第一表面的区域中，层变换辅助线可以被给予更大的曲率。等高线可以与每个层变换辅助线相互依赖地来计算，或在层变换辅助线420a至420f确定之后来计算。

[0050] 层变换辅助线420a至420f可以包括表示上述的平面或直线的数据结构。例如，层变换辅助线可以包括存储在至少一个制造的存储器设备（例如，数据存储器320）中的、限定连接等高线对或从复合结构的第一表面延伸到第二表面的三维表面的多个数据点。替选地，层变换辅助线可以包括存储在制造的存储器设备中的、限定连接等高线对或从复合结构的第一表面延伸到第二表面的多条直线的多个数据点。在一些实现中，层变换辅助线420a至420f可以包括存储在至少一个存储器设备中的、限定数学表达式的数据。这些数学表达式可以用于生成层变换辅助线的至少一部分，例如，生成连接等高线对或从复合结构的第一表面延伸到第二表面的表面或直线的至少一部分。在一些实施方式中，层变换辅助线420a至420f可以包括存储在至少一个存储器设备中的数据点和数学表达式的组合。层变换辅助线可以是存储在至少一个非暂态计算机可读介质中的数据。类似地，等高线410a至410f可以包括存储在至少一个制造的存储器设备中的数据点和/或数学表达式。

[0051] 在等高线和层变换辅助线的计算之后或期间，层配置计算器316可以生成层配置数据。该层配置数据包括表示多层堆叠内的每个层的形状和大小的数据。层配置计算器316可以生成限定层通过的空间的位置的三维数据点的阵列，例如，x、y、z数据点。这些数据点可以分布在表示层的细网格或粗网格上。层配置计算器316还可以生成可以用于在三维数据点之间内插层的多个部分的形状的函数。在某些实现中，层配置计算器316如上所述针对每个层生成“平坦图案”数据。由层配置计算器生成的数据可以被提供给结构仿真器318和/或输出作为层配置数据380。在多种实现中，层配置数据被提供给数据存储设备
320用于后续的检索和使用。

[0052] 结构仿真器318可以接收来自层配置计算器316、等高线计算器312、层变换辅助线计算器314和数据存储器320中的任意的或所有的部件的数据。接收到的数据可以用于生成仿真的多层复合结构。在一些实施方式中，结构仿真器318可以将数据输出给CAD工具340用于显示复合结构的图形仿真。在一些实施方式中，结构仿真器318可以处理接收到的数据，或者提供接收到的数据用于进一步的处理，以对使用结构的条件进行仿真。例如，结构仿真器或至少一个其他处理器可以对结构仿真器318提供的数据进行机械加载、零件接合、设计约束遵守、流体动力和/或空气动力分析。

[0053] 在用多个层250a至250f对复合结构进行第一填充之后，可能需要在该结构内移动一个或更多个层，例如，以满足设计约束或指定的性能特性。移动一个或更多个层的需要可以从仿真的结构的分析中变得明显。

[0054] 在多种实施方式中，层变换辅助线420a至420f可以用于当层在多个层的堆叠内被移动时确定该层的范围，并且用于确定层的形状的变换。参照图4A，可以更好地理解层变换辅助线的用于确定在堆叠中移动的情况下层大小和配置的变化的用途。作为示例，在体积的“第一填充”期间，可以如上所述的和图2A中所示的计算层变换辅助线420a至420f以及等高线410a至410f。如图4A所示，可以期望的是，将至少一个层如层250e从靠近第一表面部分210的位置移动到靠近第二表面部分220的位置。术语“移动”在此上下文中比喻地使用，并且是指在多层堆叠内的不同位置处指定或选择同样大小的层。参照图4A，层250e将被移除（虽然在附图中示出用于参考）并且如在附图中所指示的在不同的位置处指定同样大小的层250e'。然后可以计算层250e'的配置数据。

[0055] 继续以上参照图4A的示例，层变换辅助线420e可以在用于确定层250e'的配置数据以及用于确定受较小的层250e的重新定位影响的其他层如层250a'的配置数据的计算过程中使用。如在以上实施方式中所描述的，在第一填充期间，针对多层堆叠中的每个层，限定和/或计算层变换辅助线。例如，针对层250e计算层变换辅助线420e。一旦针对特定的设计体积被计算，则层变换辅助线420a至420f将不再改变，虽然层可以在多层堆叠内被重排。在这个示例中，层变换辅助线420e用于至少确定与位于多层堆叠内的任何高度处的层250e同样大小的层的空间范围和外边界。在示出的实施方式中，层变换辅助线420e具有非平行的边或直线，使得层250e的大小随着其在堆叠内被重新定位而改变。当被定位于第二表面220附近时，至少层250e'的大小与当被定位于第一表面210附近时250e的大小不同。被重新定位的层的形状也可以不同。层的大小和形状的这样的变化在复杂的结构如图4C所示的结构中会更明显。然后，可以使用层变换辅助线来确定当任意层在复合层的堆叠内被移动或重排时该层的大小或范围。

[0056] 层变换辅助线420a至420f也可以用于确定多层堆叠内的其他层的形状的变换。再次参照图4A，层250a'获取覆盖畸变，因为它必须弯曲并且符合层250e'。层变换辅助线可以用于层配置数据的计算以将覆盖畸变分配给受一个或更多个层在多层堆叠内的重新定位影响的层。作为示例并且参照图4A，对于给定的填充方向（例如，从表面220到表面
210），层L将被分配2N次覆盖畸变，其中，N是与在用于层L的层变换辅助线的边界内的并且被重新定位于层填充顺序中的较早的或在先的位置的层变换辅助线相关联的层的数量。然后，可以使用层变换辅助线来确定层获取的覆盖畸变的数量，其中，覆盖畸变发生在层内。

[0057] 使用层变换辅助线420a至420f的另一优点是，可以重新使用来自在先计算结果的层配置数据来确定在多层结构内被重新定位的层的形状。参照图2A和图4A，可以理解数据的循环使用。当层250e被“移动”到不同的位置如沿着第二表面220“移动”时，不需要重新计算由层变换辅助线420e界定的层250e'的数据。这个区域的数据可以从以前占据该区域而现在由层250e'占据的层250a的在先计算的层配置数据中得到。因此，在计算被重新定位的层250e'的层配置数据时，层配置计算器可以简单地重新使用或复制由层变换辅助线420e界定的层250a的数据的一部分。

[0058] 另外，移动的层250a的层配置数据的大部分也可以从层配置数据的第一计算中得到。层250a被部分地移动到层250b的一部分的在先位置。在图4A中，改变的层250a示为层250a'。从图示中可以看出，由层变换辅助线420e近似界定的先前的层250b的层配置数据可以被重新使用作为层250a'的数据的一部分。层250a'的数据的一部分基本上包括由层变换辅助线420e界定的区域与由层变换辅助线420a界定的区域之间的层250a的在先计算的配置数据。在层变换辅助线420e处，层250a'获取覆盖畸变。覆盖畸变可以包括表示双曲形状的一个或更多个所选择的覆盖畸变数据集。一个或更多个所选择的覆盖畸变数据集可以在计算层250a'的层配置数据中被拼接成来自层250b和层250a的在先计算的配置数据的循环利用的数据。该拼接可以在拼接附近替代层250b和层250a的在先计算的配置数据中的一些，使得该拼接不导致不连续性或突然转换。在图4A所示的示例中，可以使用两个覆盖畸变数据集，一个用于上下弯曲层250e'，如在左侧看到的，而一个用于向后弯曲层250e'，如在右侧看到的。在一些实现中，覆盖畸变数据集的镜像版本可以用于“向上弯曲”和“向下弯曲”畸变。

[0059] 从图4A中可以看出，层250a'当从被重新定位的层250e'上下弯曲然后向后弯曲时经历覆盖畸变。在经历这样的畸变一次或更多次的每个层的层配置数据中，可以计算和说明覆盖畸变。例如，偏转超过N个层的任何层可以在层配置数据中包括2N次覆盖畸变的说明。图5描绘了其中层250b'经历8次覆盖畸变的结构100的多个层的重新排序。覆盖畸变可以与偏转层在其上弯曲的层的厚度成比例，并且可以向层的尺寸添加相应的量以说明覆盖畸变。如以上所指出的，层变换辅助线420a至420f可以用于确定在什么情况下必须向复合结构内的层添加覆盖畸变。

[0060] 鉴于层配置计算结果的以上描述，可以理解的是，当一个或更多个层在多个层的堆叠内被移动时，在具有多个层的复合结构的第一填充期间计算的层配置数据的大部分可以被重新用于后续的层配置计算。在先计算的层配置数据的循环利用可以在设计阶段显著提高计算效率，并且减少计算时间。在示例性实现中，在复合结构的第一填充期间，可以识别这些层（例如，在图2A中编号为1、2、3、4、5、6），并且通过向多层设计工具310简单地提供层标识的重排顺序可以进行层的重新排序（例如，如图5中描绘的1、5、3、4、6、2）。层变换辅助线可以用于识别当层在堆叠内被移动时每个层的空间范围，以及该层是否获取覆盖畸变，从而避免了需要从头开始计算新的层排序中的每个层的新的层边界。层变换辅助线也可以用于针对可以重新使用以确定重新排序的层的配置数据的在先的层分布的在先的层识别层配置数据的多个部分，从而避免了需要从头开始计算新的层排序中的每个层的层配置数据。

[0061] 在一些实施方式中，结构可以被细分成多个子体积。例如，更复杂的结构如图4C中描绘的结构可以被划分成大量的子体积。根据本文中所描述的方法，每个子体积可以被单独处理。可以针对每个子体积计算层变换辅助线和等高线。可以在每个子体积内填充和重新排序多个层。多层设计工具340可以适于接收用于在子体积之一内重新定位至少一个层的指令，并且确定重新排序的层的层配置数据。在一些实施方式中，多层设计工具340可以适于独立地计算每个子体积的层配置数据。结构划分成子体积以及后续的计算可以有助于确定复杂结构的层配置。

[0062] 复杂的形状

[0063] 具有多个复合材料层的体积的填充还可以包括形状更复杂的结构的填充。例如，填充体积可以通过从第一表面和在体积的一个端部周围包绕到第二表面上来产生覆盖第一表面（如下表面）和第二表面（如上表面）的至少一部分的自交叉层。在这样的情况下，该层自交叉并且可能需要在第一表面或第二表面中的任一表面上被缩短。等高线可以提供用于指导层在第一表面或第二表面上的缩短的“修剪曲线”。在一些实现中，可能理想的是，能够使这样的修剪交替地发生在第一表面或第二表面上，并且这可以通过使用于修剪该层的第一表面或第二表面的等高线交替来实现。

[0064] 存在发生层的复杂的重新布置的另外的实施方式。例如，单个层可以被包绕多次或多个层可以被包绕一次，使得一个或更多个层可以重叠其他层的部分。层的包绕可以通过抑制或启用等高线来实现，使得层在重新布置之后变成连接。

[0065] 方法实施方式

[0066] 图6的流程图中描绘了用于确定复合结构的多个层的分布的方法700的实施方式。该方法可以由适于作为上述多层设计工具310操作的至少一个处理器来执行。用于确定用于填充复合结构的多个层的分布的方法的实施方式可以包括编码在非暂态计算机可读介质上的计算机可执行指令。

[0067] 该实施的方法700可以包括接收设计数据的步骤710。设计数据可以包括但不限于结构数据、层属性和设计规则。结构数据可以限定复合结构的大小和形状。层属性可以包括如上所述对要用于填充该结构的层中的每个层进行特征化的至少一个或更多个参数。设计规则可以包括填充方向，或者，当结构被分割成多个子体积时，设计规则可以包括多个填充方向，并且还可以包括指定某些层在该结构内的位置（例如，大的层、小的层、具体的复合材料层的位置）、复合结构的期望的机械属性、和/或结构的期望的空气或流体动力属性的规则。设计规则可以指定复合结构的中间表面以及与该中间表面相关联的至少一个属性。在多种实施方式中，可以从CAD工具340接收710设计数据的至少一部分。

[0068] 方法700可以包括确定等高线的步骤715和计算复合结构的至少一个层变换辅助线的步骤720。以上结合图4A和图4B描述了确定该结构的等高线和层变换辅助线的实施方式。在某些实现中，等高线被计算并且用于计算每个等高线对的层变换辅助线。替选地，层变换辅助线可以被计算并且用于计算等高线对。此外，层变换辅助线和等高线对可以相互依赖地来计算。可以存在针对多层堆叠的每个层计算的层变换辅助线，并且每个层变换辅助线可以识别布置在多层结构内的多个位置处的相应的层的尺寸。在一些实施方式中，可以存在多个层变换辅助线（例如，与等高线对相关联并且针对每个层计算的多条最短距离直线或曲线）。确定等高线的步骤715和计算至少一个层变换辅助线的步骤720可以包括将复合结构的外表面划分成第一部分210和第二部分220。

[0069] 方法700还可以包括计算分布在复合结构内的层中的每个层的层配置数据的步骤730。如上所述，层配置数据可以表示每个层的尺寸和形状并且另外包括“平坦图案”尺寸。可以在复合结构的使用多个复合材料层的第一填充期间或之后，执行确定等高线的步骤715、计算层变换辅助线的步骤720和计算层配置数据的步骤730。第一填充可以根据渐进偏置的方法来进行，或者，可以用适合于填充体积的任何方式来完成。在设计多层复合结构的处理中，计算层配置数据的步骤730可以被执行多次。计算层配置数据的步骤730可以包括使用等高线和层变换辅助线作为新的层配置数据的计算的辅助，并且重新使用表示层在结构内的在先分布的、先前计算的层配置数据的至少一部分。计算层配置数据的步骤730还可以包括计算由于层的覆盖畸变而导致的至少一个层的大小的增加。

[0070] 该方法可以包括在确定层分布并且计算层配置数据之后对复合结构进行分析的步骤（未示出）。该分析可以是自动的、半自动的或手动的。例如，该分析可以包括由多层设计工具310或设计工程师来检查某些层是否根据设计规则被布置或者层分布是否满足设计规则提供的机械规范、流体动力规范、和/或空气动力规范。

[0071] 方法700还可以包括接收指令并且确定是否在堆叠内对一个或更多个层重新定位750，以及根据这些指令对这些层重新排序740。当已经确定这些层的候选分布不遵守设计规则或性能规范时，用于重新定位层的指令可以从用户输入端或从多层设计工具310来接收。

[0072] 在复合结构的设计阶段，接收用于对一个或更多个层重新定位的指令的步骤750、对层重新排序的步骤740、计算层配置数据的步骤730以及分析步骤可以被执行多次。例如，设计过程可以是迭代的，其中，重新定位一个或更多个层和重新计算层配置数据被迭代，直到实现了合适的层分布。当获得了合适的层分布如其中复合结构满足大部分或所有的设计规则的分布时，方法700可以包括提供多个层的层配置数据作为输出760，用于在另外的仿真复合结构的性能、查看复合结构、存储数据、切割各个层、和/或制造该结构时使用。

[0073] 硬件/软件实现

[0074] 可以用大量方法中的任何方法来实现本发明的上述实施方式。例如，可以使用硬件、软件或其组合来实现实施方式。当用软件来实现时，软件代码可以在任意合适的处理器或处理器集合上来执行，而不管处理器设置在单个计算机中或分布在多个计算机之间。在多种实施方式中，软件使处理器或处理器集合适于执行实施方式的一个或更多个步骤。

[0075] 此外，应当理解的是，可以用大量形式中的任何形式来实施计算机，如安装在机架上的计算机、台式计算机、膝上型计算机或平板计算机。另外，计算机也可以嵌入通常不被认为是计算机但具有合适的处理能力的设备中，例如，适于设计目的的电子仪器、个人数字助理（PAD）、智能手机或任何其他合适的便携式或固定式的电子设备。

[0076] 此外，计算机可以具有一个或更多个输入和输出设备。这些设备可以用于呈现用户接口等。可以用于提供用户接口的输出设备的示例包括用于输出的视觉呈现的打印机或显示屏以及用于输出的听觉呈现的扬声器或其他声音生成设备。可以用于用户接口的输入设备的示例包括键盘和指向设备，如鼠标、触控板、触摸屏、数据端口、数字化输入板。作为另一示例，计算机可以通过语音识别或以其它听觉格式接收输入信息。输入和输出设备可以用于接收和提供数据。

[0077] 适于执行本发明的实施方式的计算机可以用一个或更多个网络包括局域网、介质区域网或者广域网如企业网或互联网以任意合适的形式相互连接。这样的网络可以基于任意合适的技术，并且可以根据任意合适的协议来操作，并且可以包括无线网络、有线网络或光纤网络。

[0078] 本文中概述的多种方法和工艺可以被编码为在利用各种操作系统或平台中的任一操作系统或平台的一个或更多个处理器上可执行的软件。另外，这样的软件可以使用大量合适的编程语言和/或编程或脚本工具中的任何语言和/或工具来编写，并且还可以被编译为在主机或虚拟机上执行的可执行的机器语言或中间代码。

[0079] 在这点上，本发明可以被实施为编码有一个或更多个程序的非暂态计算机可读介质（或多个计算机可读介质）（例如，计算机内存、一个或更多个软盘、压缩盘（CD）、光盘、数字视频盘（DVD）、磁带、闪速存储器、现场可编程门阵列或其他半导体设备中的电路配置、或其他非暂态实体计算机存储介质），其中，上述一个或更多个程序当在一个或更多个计算机或其他处理器上被执行时，执行实现以上讨论的本发明的多种实施方式的方法。计算机可读介质可以是可移动的，使得存储在其上的程序可以被加载到一个或更多个不同的计算机或其他处理器上以实现以上讨论的本发明的多个方面。如本文中所使用的，术语“非暂态计算机可读存储介质”仅包括可以被认为是制造品（即，成品）或机器的计算机可读介质。

[0080] 本文中在一般意义上使用术语“程序”或“软件”来指代可以用于对计算机或其他处理器进行编程以实现以上讨论的本发明的多个方面的任何类型的计算机代码或计算机可执行指令集。另外，应当理解的是，根据本实施方式的一个方面，在被执行时执行本发明的方法的一个或更多个计算机程序不必驻留在单个计算机或处理器上，而是可以以模块化的方式分布在大量不同的计算机或处理器之间以实现本发明的多个方面。

[0081] 计算机可执行指令可以由一个或更多个计算机或其他设备用很多形式如程序模块来执行。通常，程序模块包括执行具体的任务或实现具体的抽象的数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。通常，可以根据各种实施方式中所期望地对程序模块的功能进行组合或分布。

[0082] 此外，数据结构可以以任意合适的形式存储在计算机可读介质中。为了简化说明，数据结构可以被示出为具有通过该数据结构中的位置相关的字段。同样地，这样的关系可以通过用传送字段之间的关系的计算机可读介质中的位置为字段分配存储空间来实现。然而，可以使用任意合适的机制来建立数据结构的字段中的信息之间的关系，包括通过使用建立数据元素之间的关系的指针、标签或其他机制。

[0083] 本发明的多个方面可以单独、组合或以在前面所描述的实施方式中没有具体讨论的多种布置来使用，因此，其应用不限于在前的描述中阐述的或附图中示出的部件的细节和布置。例如，一种实施方式中描述的方面可以以任何方式与其他实施方式中描述的方面组合。

[0084] 此外，本发明可以被实施为已经提供了其至少一个示例的方法。作为方法的一部分被执行的动作可以按照任意合适的方式排序。因此，可以构造其中以与示出的顺序不同的顺序执行动作的实施方式，这些实施方式可以包括基本上同时执行一些动作，尽管在示出的实施方式中被示为有序的操作。作为示例，被示出为连续的两个或更多个动作可以在并行运行的单独的计算线程上来执行。

[0085] 本申请中所引用的所有文献和相似材料，包括但不限于专利、专利申请、文章、书籍、协议和网页，不管这样的文献和相似材料的格式，其全部内容通过引用清楚地合并到本文中。在合并的文献和相似材料中的一个或更多个与本申请不同或相冲突的情况下，包括但不限于限定的术语、术语用法、描述的技术等，以本申请为准。

[0086] 本文中所使用的章节标题仅出于组织的目的，而不应当被理解为以任何方式限制所描述的主题。

[0087] 尽管已经结合多种实施方式和示例描述了本教示，然而，并不意在将本教示限于这样的实施方式或示例。相反，本领域普通技术人员将会理解，本教示包括各种替代、修改和等同教示。

[0088] 权利要求不应被理解为限于所描述的顺序或元素，除非另有说明。应当理解的是，本领域普通技术人员可以在不偏离所附权利要求的精神和范围的情况下，在形式和细节方面做出各种变化。要求保护落入以下权利要求和等同方案的精神和范围内的所有实施方式。

标题	发布/更新时间	阅读量
计算机辅助制造装置、产品形状加工方法及存储介质	2020-05-12	256
钣金冲压计算机辅助制造系统及方法	2020-05-11	498
面向医用CT的计算机图像处理方法和装置	2020-05-15	201
用于检验多色和轮廓图像的CAM(计算机辅助制造)参考	2020-05-13	324
钣金冲压计算机辅助制造系统及方法	2020-05-11	495
车载计算机系统	2020-05-15	143
一种计算机CIMS集成制造系统	2020-05-15	399
计算机辅助的梁制造机	2020-05-11	54
眼镜用辅助光学构件制造系统、眼镜用辅助光学构件制造方法、计算机程序产品	2020-05-12	229
嵌补管的数字化设计与制造方法	2020-05-15	268

确定多个复合材料层在结构体积内的分布

确定多个复合材料层在结构体积内的分布

技术领域

背景技术

发明内容

附图说明

具体实施方式

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