复合材料结构轻量化方法及技术.pdf

２０１４年第９期玻璃钢／复合材料８５复合材料结构轻量化方法及技术江大志，鞠苏，张鉴炜，肖加余（国防科学技术大学材料科学与工程系，湖南长沙４１００７３）摘要：本文分析和总结了采用纤维增强聚合物复合材料（ＦＲＰ）实现结构轻量化的主要方法及技术。指出了实现结构轻量化的三个主要方法，一是复合材料的高性能化，即通过进一步提高复合材料的比强度和比模量实现结构减重；二是复合材料高效承载结构构型优化设计，即通过复合材料优势承载能力与结构传力路径的优化配置实现结构减重；三是复合材料复杂结构整体成型，即通过摒弃连接赘重实现结构减重。并给出了实现上述三种结构轻量化方法的技术途径。关键词：纤维增强聚合物复合材料；结构设计；轻量化；力学性能；制备技术中图分类号：ＴＢ３３２文献标识码：Ａ———文章编号：１００３０９９９（２０１４）０９００８５１４１前言与金属材料，如铝合金、钛合金和结构钢等相比，纤维增强聚合物复合材料（ＦＲＰ），如玻璃纤维增强聚合物复合材料（ＧＦＲＰ）、碳（石墨）纤维增强聚合物复合材料（ＣＦＲＰ）和芳纶纤维增强聚合物复合材料（ＫＦＲＰ）等具有高比强度和高比刚度的特点。采用ＦＲＰ设计工程结构可以实现工程结构的减重。结构轻量化不仅可以降低能源消耗，提高装备性能，更可以提高装备的集成化水平，从而提高制造效率，降低成本。因此，越来越多的飞行器、轨道交通车辆结构等采用ＦＲＰ来设计。近年来，ＦＲＰ在船舶结构、桥梁结构、风力发电机转子叶片等领域的应用也越来越多。因此，结构轻量化是大型装备设计与制造的发展趋势。就结构轻量化的方法而言，主要体现在如下三个方面。首先，ＦＲＰ在工程结构中应用的基本出发点是利用ＦＲＰ具有高比强度和高比刚度的特点，替代原有工程结构中的金属材料实现结构的减重。比强度和比模量越高，结构的质量越轻。几种典型结构材料的比强度和比模量见表１。表１还列出了其他材料相对于钢的减重效果。从表１可以看出，采用轻金属，如铝合金和钛合金替代钢结构实现的减重不超过２０％，而采用复合材料替代钢结构可实现超过７０％的结构减重。值得指出的是，表１所列减重效果反映的是仅在单轴拉伸载荷下仅考虑拉伸方向的强度和刚度时，通过选材实现的结构减重。若考虑复杂应力状态和复合材料的各向异性特性，采用ＦＲＰ替代铝合金的结构设计，一般可以实现３０％以上的结构减重。表１典型结构材料的比强度与比模量材料密度拉伸强度拉伸模量比度／ｇ・ｃｍ／ＭＰａ／ＧＰａ／１－Ｉｎ结构钢７．８５１０２６２０６０．１３０７铝合金２．７８３９３７２０．１４１３钛合金４．５２７１２１１７０．１５７３Ｅ玻纤／环氧１．８０１０６２３８．６Ｏ．５９０Ｋｅｖｌａｒ／环氧１．４６１４００７６０．９５８９Ｔ３００／环氧１．６０１５００１８１０．９３７５Ｔ７００／环氧１．６２２３００１８１１．４１９８比模量减重／１０・ｍ／％０．２６３００．２５９７．５０．２５８１６．９０．２１４７７．９０．５２１８６．４１．１３１８６．１１．１１７９Ｏ．８从表１还可以看出，与其他ＦＲＰ相比，ＣＦＲＰ具有更高的比强度和比模量，采用ＣＦＲＰ的结构设计可以实现更大的结构减重。这主要得益于ＣＦＲＰ的更高的拉伸强度和模量。由此推论，在材料密度相当的情况下，提高ＦＲＰ的力学性能，即实现ＦＲＰ的高性能化，可以实现结构的进一步减重。碳纳米管增强或纳米相强化ＦＲＰ可进一步提高复合材料的比强度，同时提高聚合物复合材料的断裂韧性、耐温性、导电和导热性能，在实现结构进一步减重的同时，实现结构综合性能的改善。第二，ＦＲＰ替代金属材料实现结构减重还得益于复合材料结构构型设计的更加灵活多变。除了传统的夹层结构、加筋结构等高效承载构型外，通过ＦＲＰ力学性能的各向异性和耦合效应可实现结构进一步减重。利用ＦＲＰ力学性能的各向异性，通过结构的合理设计，将ＦＲＰ力学性能的优势方向沿结构的传力路径布置，实现等强度或等刚度设计，从而最大限度地发挥ＦＲＰ的力学性能优势，更加有效地利——收稿日期：２０１４０８０５作者简介：江大志（１９６３．），男，博士，教授，主要研究方向为高分子基复合材料及其结构设计。ＦＲＰ￣ＣＭ２０１４ｉＮｏｉ９２０１４年第９期玻璃钢／复合材料［６］ＦａｎｇＧ，ＬｉａｎｇＪ，ＬｕＱ，ｅｔａ１．ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＣｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅＴｈｒｅｅＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＦｏｕｒ・－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＢｒａｉｄｅｄＣｏｍ－－—ｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１１，９３：３９２４０５．［７］ＨａｒｒｉｓＣＥ，ＳｔａｒｎｅｓＪＨ，ＳｈｕａｒｔＭＪ．ＡｎＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｔｈｅＳｔａｔｅ．ｏｆ－ｔｈｅ－ａｒｔｉｎｔｈｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｏｆＬａｒｇｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｆｏｒＡｅｒｏｓｐａｃｅＶｅｈｉｃｌｅｓ［Ｚ］．ＮＡＳＡＴＭ－２００１－２１０８４４．［８］ＢｙｒｎｅＭＴ，Ｇｕｎ＇ｋｏＹＫ．ＲｅｃｅｎｔＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＣａｒｂｏｎ—ＮａｎｏｔｕｂｅＰｏｌｙｍｅｒＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１０，—２２（１５）：１６７２１６８８．［９］ＴｈｏｓｔｅｎｓｏｎＥＴ，ＲｅｎＺ，ＣｈｏｕＴＷ．ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎｔｈｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓａｎｄＴｈｅｉｒＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：ＡＲｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１，６１（１３）：ｌ８９９．１９１２．［１０］ＣｈｏｕＴＷ，ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈＲＬ，ＰｉｐｅｓＲＢ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ—Ａｍｅｒｉｃａｎ，１９８６，２５４：１９３２０３．—［１１］ＬｉｃＹ，ＣｈｏｕＴＷ．ＭｕｈｉｓｅａｌｅＭｏｄｅｌｉｎｇｏｆＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅＲｅｉｎ—ｆｏｒｃｅｄＰｏｌｙｍｅｒＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｏｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＮａｎｏ—ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３，３（５）：４２３４３０．［１２］ＦｒｅｈｉｌｌＦ，ＶｏｓＪＧ，ＢｅｎｒｅｚｚａｋＳ，ｅｔａ１．ＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓｗｉｔｈａｎＩｎｏｒｇａｎｉｃＭｅｔａｌＣｏｍｐｌｅｘ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡ－—ｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００２，１２４（４６）：１３６９４１３６９５．—［１３］ＺｈａｎｇＪ，ＪｉａｎｇＤ．ＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄＭｕｌｔｉｗａｌｌｅｄＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｏｌｙｍｅｒ－ｍａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ—Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，７１（４）：４６６４７０．［１４］ＺｈａｎｇＪ，ＪｕＳ，ＪｉａｎｇＤ，ｅｔａ１．ＲｅｄｕｃｉｎｇＤｉｓｐｅｒｓｉｔｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒ—ｔｉｅｓｏｆＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒ／ＥｐｏｘｙＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓｂｙＩｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇＭｕｌｔｉｗａｌｌｅｄＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＰａｒｔＢ，２０１３，５４：—３７１３７６．［１５］ＲｅｄｄｙＡＤ．ＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＦｉｌａｍｅｎｔＡｄｖａｎｃｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅＩｓｏｇｒｉｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｄ］．Ａｈａｎｔａ，ＵＳ：ＧｅｏｒｇｉａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８０：１－２．［１６］范华林，杨卫．轻质高强点阵材料及其力学性能研究进展［Ｊ］．—力学进展，２００７，３７（１）：９９１１２．“”“”［１７］余同希．关于多胞材料和点阵材料的一点意见［Ｊ］．力学与实践，２００５，２７（３）：９０．［１８］ＦａｎＨＬ，ＪｉｎＦＮ，ＦａｎｇＤＮ．ＵｎｉａｘｉａｌＬｏｃａｌＢｕｃｋｌｉｎｇＳｔｒｅｎｇｔｈｏｆＰｅｒｉｏｄｉｃＬａｔｔｉｃｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＤｅｓｉｇｎ，２００９，３０：４１３６．４１４５．［１９］范华林，盂凡颢，杨卫．碳纤维格栅结构力学性能研究［Ｊ］．工—程力学，２００７，２４（５）：４２４６．［２０］ＨｏｕＡ，ＧｒａｍｏｌｌＫ．ＣｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅＳｔｒｅｎｇｔｈｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＬａｔｔｉｃｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓａｎｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，—１９９８，１７（５）：４６２４８３．—［２１］ＶａｓｉｌｉｅｖＶＶ，ＢａｒｙｎｉｎＶＡ，ＲａｓｉｎＡＦ．ＡｎｉｓｏｇｒｉｄＬａｔｔｉｃｅＳｔｒｎｃ——ｔｕｒｅｓＳｕｒｖｅｙｏｆＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃ—ｔｒｕｅｓ，２００１，５４：３６１３７０．［２２］ＫｉｄａｎｅＳ．ＢｕｃｋｌｉｎｇＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＧｒｉｄＳｔｉｆｆｅｎｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｄ］．Ｌｏｕｉｓｉａｎａ，ＵＳ：ＬｏｕｉｓｉａｎａＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００２．—［２３］ＦａｎＨＬ，ＭｅｎｇＦＨ，ＹａｎｇＷ．ＳａｎｄｗｉｃｈＰａｎｅｌｓｗｉｔｈＫａｇｏｍｅＬａｔｒｉｃｅＣｏｒｅｓＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｙＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，—２００７，８１：５３３５３９．—［２４］ＴｓａｉＳＷ，ＬｉｕＫＳ，ＭａｎｎｅＰＭ．ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅａｎｄＤｅｓｉｇｎｏｆＣｏｒｎｐｏｓｉｔｅＧｒｉｄｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓｄｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，１９９７，４７（２４７／２４８）：５－，１．［２５］ＫｉｍＴＤ．ＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎａｎｄＴｅｓｔｉｎｇｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＩｓｏｇｒｉｄＳｔｉｆｆｅｎｅｄＣｙｌｉｎｄｅｒ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，１９９９，４５：１－６．［２６］ＫｉｍＴＤ．ＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎａｎｄＴｅｓｔｉｎｇｏｆＴｈｉｎＣｏｍｐｏｓｉｔｅＩｓｏｄＳｔｉｆｆ－ｅｎｅｄＰａｎｅｌ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０００，４９：２１－２５．［２７］ＨｕｙｂｒｅｃｈｔｓＳＭ，ＭｅｉｎｋＴＥ，ＷｅｇｎｅｒＰＭ，ｅｔａ１．ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｈｅｏｒｙｆｏｒＡｄｖａｎｃｅｄＧｒｉｄＳｔｉｆｆｅｎｅｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：Ｐａｒｔ—Ａ，２００２，３３：１５５１６１．［２８］ＶａｉｌｉｅｖＶＶ，ＲａｚｉｎＡＦ．ＡｎｉｓｏｇｒｉｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅＬａｔｔｉｃｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｆｏｒＳｐａｃｅｃｒａｆｔａｎｄＡｉｒｃｒａｆｔＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｒｕｅｓ，—２００６，７６：１８２１８９．［２９］ＨｏｈｅＪ，ＢｅｓｃｈｏｒｎｅｒＣ，ＢｅｃｋｅｒＷ．ＥｆｆｅｃｔｉｖｅＥｌａｓｔｉｃＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＨｅｘａｇｏｎａｌＱｕａｄｒｉｌａｔｅｒａｌＧｒｉｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，—１９９９，４６：７３８９．［３０］ＨａｎＤＹ，ＴｓａｉＳＷ．ＩｎｔｅｒｌｏｃｋｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅＧｒｉｄｓＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎ－ｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００３，３７（４）：—２８７３１６．［３１］ＨｉｃｋｓＭＴ．ＤｅｓｉｇｎｏｆａＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＣｏｍｐｏｓｉｔｅＧｒｉｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒｔｈｅＧＬＡＳＴＳｐａｃｅｃｒａｆｔＵｓｉｎｇａＮｏｖｅｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｄ］．Ｓｔａｎｆｏｒｄ，ＵＳ：ＳｔａｎｆｏｒｄＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００１．［３２］ＣｏｌｗｅｌｌＴＢ．ＴｈｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＧｒｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｄ］．Ｓｔａｎｆｏｒｄ，ＵＳ：ＳｔａｎｆｏｒｄＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１９９６．［３３］ＣｈｅｎＨＪ，ＴｓａｉＳＷ．ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＯｐｔｉｍｕｍＤｅｓｉｇｎｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＧｒｉｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓ，１９９６，３０（４）：５０３．５３４．［３４］ＷｏｄｅｓｅｎｂｅｔＥ，ＫｉｄａｎｅＳ，ＰａｎｇＳＳ．ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒＢｕｃｋｌｉｎｇＬｏａｄｓｏｆＧｒｉｄＳｔｉｆｆｅｎｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅＰａｎｅｌｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ—Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００３，６０：１５９１６９．—［３５］ＪａｄｈａｖＰ，ＭａｎｔｅｎａＰＲ．ＰａｒａｍｅｔｒｉｃＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＧｒｉｄＳｔｉｆｆｅｎｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅＰａｎｅｌｓｆｏｒＭａｘｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｉｒＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｎｄｅｒＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＬｏａｄｉｎｇ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００７，７７：３５３－３６３．—［３６］ＡｋｌＷ，Ｅ１－ＳａｂｂａｇｈＡ，ＢａｚＡ．ＯｐｔｉｍｉｚａｉｔｏｎｏｆｔｈｅＳｔａｔｉｃａｎｄＤｙ’—ｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＰｌａｔｅｓｗｉｔｈＩｓｃｇｄｄＳｔｉｆｆｅｎｅｒｓ［Ｊ］．ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔｓｉｎＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＤｅｓｉｇｎ，２００８，４４：５１３－５２３．［３７］ＣｈｅｎＹ，ＧｉｂｓｏｎＲＦ．ＡｎａｌｙｔｉｃａｌａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｉｅｓｏｆＣｏｍ－ｐｏｓｉｔｅＩｓｏｇｒｉｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈＩｎｔｅｇｒａｌＰａｓｓｉｖｅＤａｍｐｉｎｇ［Ｊ］．Ｍｅ－ｃｈａｎｉｃｓｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００３，１０：１２７－１４３．［３８］ＭａｒｉｅｈｅｒｌａＤ．ＡｄｖａｎｃｅｄＧｒｉｄＳｔｉｆｆｅｎｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｄ］．Ｌｏｕｉｓｉａｎａ，ＵＳ：ＬｏｕｉｓｉａｎａＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００５．［３９］ＳｅｋｉｎｅＨ，ＡｔｏｂｅＳ．ＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｉｔｏｎｏｆＬｏｃａｔｉｏｎｓａｎｄＦｏｒｃｅＨｉｓｔｏｒｉｅｓ—ｏｆＭｕｌｔｉｐｌｅＰｏｉｎｔＩｍｐａｃｔｓｏｎＣｏｍｐｏｓｉｔｅＩｓｏｄＳｔｉｆｆｅｎｅｄＰａｎｅｌｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００９，８９：１－７．［４０］ＳｌｉｎｃｈｅｎｋｏＤ，ＶｅｒｉｊｅｎｋｏＶＥ．ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＬａｔ－ｒｉｃｅＳｈｅｌｌｓｏｆＲｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｎｔｈｅＢａｓｉｓｏｆＳｍｅａｒｔｉｎｇＳｔｉｆｆｎｅｓｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００１，５４：３４１－３４８．［４１］周涛．二维网格复合材料点阵结构及其刚度与强度分析［Ｄ］．长沙：国防科学技术大学，２００７．［４２］张昌天．二维点阵复合材料结构的制备与性能［Ｄ］．长沙：国防科学技术大学，２００８．［４３］ＺｈａｎｇＢＭ，ＺｈａｎｇＪＦ，ｗｕｚＪ，ｅｔａ１．ＡＬｏａｄＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ—ＭｏｄｅｌｆｏｒＡｄｖａｎｃｅｄＧｒｉｄＳｔｉｆｆｅｎｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅＰｌａｔｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ—Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００８，８２：６００６０８．［４４］章继峰，张博明，杜善义．平板型复合材料格栅结构的增强改ＦＲＰ／ＣＭ２０、４ｉ９９８复合材料结构轻量化方法及技术２０１４年９月—进与参数设计［Ｊ］．复合材料学报，２００６，２３（３）：１５３１５７．—［４５］ＺｈａｎｇＺＦ，ＣｈｅｎＨＲ，ＹｅＬ．ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅＦａｉｌｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒＡｄｖａｎｅｅｄＧｒｉｄＳｔｉｆｆｅｎｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅＰｌａｔｅｓ／Ｓｈｅｌｌｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ—Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００８．８６：４５５４．［４６］张志峰，陈浩然，白瑞祥．含初始缺陷复合材料格栅加筋圆柱—壳的鲁棒优化设计［Ｊ］．固体力学学报，２００６，２７（１）：５８６４．［４７］白瑞祥，王蔓，陈浩然．含损伤复合材料ＡＧＳ板的屈曲特性—［Ｊ］．复合材料学报，２００５，２２（４）：１３６１４１．［４８］白瑞祥，李泽成，陈浩然．基于累积失效法的含损伤格栅加筋板非线性屈曲状态分析［Ｊ］．力学季刊，２００６，２７（２）：—２４０２４６．［４９］ＥｖａｎｓＡＧ．ＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＭＲＳＢｕｌｌｅｔｉｎ，２００１，２６：７９０－７９７．—［５０］ＥｖａｎｓＡＧ，ＨｕｔｃｈｉｎｓｏｎＪＷ，ＦｌｅｃｋＮＡ，ｅｔａ１．ＴｈｅＴｏｐｏｌｏｇｙＤｅｓｉｇｎｏｆＭｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌＣｅｌｌｕｌａｒＭｅｔａｌｓ［Ｊ］．ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ，２００１，４６：３０９－３２７．［５１］ＤｅｓｈｐａｎｄｅＶＳ，ＡｓｈｂｙＭＦ，ＦｌｅｃｋＮＡ．ＦｏａｍＴｏｐｏｌｏｇｙＢｅｎｄｉｎｇｖｅｒｓｕｓＳｔｒｅｔｃｈｉｎｇＤｏｍｉｎａｔｅｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＭａｔｅｒｉｌｉａ，—２００１，４９：１０３５１０４０．［５２］肖加余，江大志，曾竟成．超轻质点阵复合材料结构研究进展［ｃ］．张家界：中国航天第十三专业信息网２００８年技术交流会论文集，２００８：７－１２．［５３］ＦａｎＨＬ，ＹａｎｇＷ，ＷａｎｇＢ，ｅｔａ１．ＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｏｆａＣｏｍｐｏｓｉｔｅＬａｔｔｉｃｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｙＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒｓ［Ｊ］．ＴｓｉｎｇｈＨａＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，１１（５）：—５１５５２２．［５４］范华林，杨卫，方岱宁，等．新型碳纤维点阵复合材料技术研究［Ｊ］．航空材料学报，２００７，２７（１）：４６．５Ｏ．［５５］ＤａｒｏｏｋａＤＫ，ＪｅｎｓｅｕＤＷ．ＡｄｖａｎｃｅｄＳｐａｃｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅＣｏｎｃｅｐｔｓａｎｄＴｈｅｉｒＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ［Ｒ］．ＡｍｅｒｉｃａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄ—Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，ＡＩＡＡ一２００１１２５７，２００１：１－１０．—［５６］ＩｓｏＴｒｕｓｓＳｔｒｕｃｔｕｒｅ，Ｉｎｃ．ＴｅｃｈｎｉｃａｌＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆＩｓｏＴｒｕｓｓＴＭＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｒ］．ＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｐｏｒｔｆｒｏｍＩｓｏＴｒｕｓｓＳｔｒｕｃｔｕｒｅＣｏｍｐａｎｙ，—２００２：１０１１．⑥［５７］ＭｃＣｕｎｅＤＴ．ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＱｕａｌｉｔｙｏｆＣａｒｂｏｎ／ＥｐｏｘｙＩｓｏＴｒｕｓｓＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｄ］．Ｐｒｏｖｏ，ＵＳ：ＢｒｉｇｈａｍＹｏｕｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００５：２－３．——［５８］ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｓｏｔｒｕｓｓ．ｏｒｇ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ，２００４１０－２８／２０１０１２－２３．—［５９］ＭａｎｅｅｐａｎＫ．ＧｅｎｅｔｉｃＡｌｇｏｒｉｔｈｍＢａｓｅｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＦＲＰＣｏｍｐｏｓｉｔｅＰｌａｔｅｓｉｎＳｈｉｐＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｄ］．Ｓｏｕｔｈａｍｐｔｏｎ，ＵＫ：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ—ｏｆＳｏｕｔｈａｍｐｔｏｎ，２００７：２３２７．—［６０］ＡｌｍｅｉｄａＦＳ，ＡｗｒｕｃｈＡＭ．ＤｅｓｉｇｎＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＬａｍ—ｉｎａｔｅｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｕｓｉｎｇＧｅｎｅｔｉｃＡｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌ—ｙｓｉｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００９，８８：４４３４５４．［６１］ＡｍａｇｏＴ．ＳｉｚｉｎｇＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＵｓｉｎｇＲｅｓｐｏｎｓｅＳｕｒｆａｃｅＭｅｔｈｏｄｉｎＦＯＡ［Ｒ］．Ｒ＆ＤＲｅｖｉｅｗｏｆＴｏｙｏｔａＣＲＤＬ，２００２，３７（１）：１－７．［６２］ＫｈｕｒｉＡＩ，ＣｏｒｎｅｌｌＪＡ．ＲｅｓｐｏｎｓｅＳｕｒｆａｃｅｓ：ＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｎａｌｙｓｅｓ［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋ，ＵＳ：ＭａｒｃｅｌＤｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．，１９９６．—［６３］ＣａｒｌｅｙＫＭ，ＫａｍｎｅｖａＮＹ，ＲｅｍｉｎｇａＪ．ＲｅｓｐｏｎｓｅＳｕｒｆａｃｅＭｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ［Ｒ］．Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＵＳ：ＣａｒｎｅｇｉｅＭｅｌｌｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００４．［６４］ＪｏｎｅｓＤＲ．ＡＴａｘｏｎｏｍｙｏｆＧｌｏｂａｌＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｓＢａｓｅｄｏｎＲｅｓｐｏｎｓｅＳｕｒｆａｃｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｌｏｂａｌＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，２００１，２１：—３４５３８３．——［６５］ＡｂｏｕｈａｍｚｅＭ，ＳｈａｋｅｒｉＭ．ＭｕｈｉＯｂｊｅｃｔｉｖｅＳｔａｃｋｉｎｇＳｅｑｕｅｎｃｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＬａｍｉｎａｔｅｄＣｙｌｉｎｄｒｉｃａｌＰａｎｅｌｓＵｓｉｎｇａＧｅｎｅｔｉｃＡｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００７，８１：２５３－２６３．［６６］ＪｕＳ，ＳｈｅｎｏｉＲＡ，ＪｉａｎｇＤ，ｅｔａ１．Ｍｕｌｔｉ－ＰａｒａｍｅｔｅｒＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＣｏｍｐｏｓｉｔｅＴｒｉａｎｇｕｌａｒＴｒｕｓｓＳｔｒｕｃｔｕｒｅＢａｓｅｄｏｎＲｅｓｐｏｎｓｅＳｕｒｆａｃｅＭｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１３，—９７：１０７１１６．［６７］ＨｕｒｅｚＡ，ＡｋｋｕｓＮ，ＶｅｒｅｈｅｒｙＧ，ｅｔａ１．ＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈＩｎｔｅｒｌａｃｅｄＦｉｂｅｒｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，２００１，３２Ａ（１０）：１４５５－１４６３．［６８］胡泽．无人机结构用复合材料及其制造技术综述［Ｊ］．航空制—造技术，２００７，（６）：６６７０．［６９］ＢｌａｃｋＳ．ＡＧｒｉｄ．ＳｔｉｆｆｅｎｅｄＡｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｔｏＣｏｒｅＬａｍｉｎａｔｅｓ［Ｊ］．ＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，２００２，３：４８－５１．—［７０］ＲａｃｋｌｉｆｆｅＭＥ．ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＵｌｔｒａＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＩｓｏｔｒｕｓｓＴＭＧｒｉｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｄ］．Ｐｒｏｖｏ，ＵＳ：ＢｒｉｇｈａｍＹｏｕｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００２．ＭＥＴＨＯＤＳＡＮＤＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳＴＯＡＣＨＩＥＶＥＬＩＧＨＴ－ＷＥＩＧＨＴＤＥＳＩＧＮＯＦＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ———ＪＩＡＮＧＤａｚｈｉ，ＪＵＳｕ，ＺＨＡＮＧＪｉａｎｗｅｉ，ＸＩＡＯＪｉａｙｕ（ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ）———Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍａｉｎｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｔｏａｃｈｉｅｖｅｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｄｅｓｉｇｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｂｙｕｓｉｎｇｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ＦＲＰ）ａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｍａｉｎｍｅｔｈｏｄｓｔｏａｃｈｉｅｖｅｌｉｇｈｔ－ｗｅｉｇｈｔｄｅｓｉｇｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ．ＴｈｅｆｉｒｓｔｉｓｔｏｄｅｖｅｌｏｐｎｅｗＦＲＰｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｉｐｅｒｔｉｅｓ，ｔｈａｔ—ｉｓ，ｔｏｆｕｒｔｈｅｒｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｍｏｄｕｌｕｓｏｆｔｈｅＦＲＰｔｏａｃｈｉｅｖｅｆｕｒｔｈｅｒｗｅｉｇｈｔｓａｖｅ．Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄｉｓ０ｐｔｉｍｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎｆｏｒｔｈｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｔｈａｔｉｓ，ｔｏａｃｈｉｅｖｅｆｕｒｔｈｅｒｗｅｉｇｈｔｓａｖｅｂｙｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｓｃｈｅｍｉｎｇｏｆｔｈｅｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｓｔｒｅｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇｐａｔｈｓｏｆＦＲＰ．Ｔｈｅｔｈｉｒｄｉｓｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｌｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ，ｔｈａｔｉｓ，ｔｏａｃｈｉｅｖｅｆｕｒｔｈｅｒｗｅｉｇｈｔｓａｖｅｂｙａｂａｎｄｏｎｉｎｇｔｈｅｅｘｔｒａ—ｊｏｉｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌａｐｐｒｏａｃｈｅｓｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅａｂｏｖｅｔｈｒｅｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｄｅｓｉｇｎａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｉｂｅｒ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎ；ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｄｅｓｉｇｎ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅ２０ｉ４９