碳纤维复合材料相比传统金属材料，具有密度小、比强度高.比模量高.良好的抗疲劳特性和抗震性能等，并且具有良好的可设计性，在航空领域中应用越来越广泛。碳纤维复合材料具有材料和工艺的可设计性，不同的铺层角度和不同的铺层顺序，其力学性能完全不一样。当结构各位置受力差异较大时，在复合材料层合板的不同位置改变局部的铺层层数和铺层顺序就显得尤为重要。六旋翼无人机正是一种各位置受力差异较大的结构，并且轻量化要求高。

　　因此研究非均匀铺层优化设计方法对机身的设计非常重要。本文以质量最小为优化设计目标，同时考虑制造工艺可行性，采用自由尺寸优化、尺寸优化和铺层顺序优化相结合的三阶段非均匀铺层优化设计方法对碳纤维复合材料六旋翼无人机机身铺层进行优化设计，并研究比较了优化前后无人机机身的质量和性能差异。

　　无人机飞行过程中的最严重工况是飞行过程中电机突然停转，飞控手立即把电机加到最大功率，以此工况为设计工况。无人机满载15.5kg，每个电机最大升力为82.5N。在设计工况下，无人机没有约束，采用线性静力分析无法平衡外载荷，所以需要采用惯性释放分析。在惯性释放分析中，先计算外力作用下结构的加速度，然后把惯性力分布在整个结构上与外载荷平衡，提供一种稳态的应力和变形。

　　为了能充分利用碳纤维复合材料的性能，研究人员采用非均匀铺层优化设计方法对无人机机身进行铺层优化设计。该方法分为三步，优化设计的第一阶段采用OptiStruct开展自由尺寸优化，优化每个单元每一个纤维方向铺层的厚度，确定碳纤维复合材料每一个纤维方向铺层的厚度分布。第二阶段采用OptiStruct开展尺寸优化，优化每个纤维方向铺层的厚度，确定每个纤维方向铺层层数。第三阶段采用OptiStruct 开展铺层顺序优化，使铺层顺序满足铺层设计要求，获得最终铺层方案。

　　在自由尺寸优化后得到不同纤维角度铺层的最佳厚度分布，OptiStruct 根据厚度梯度和厚度分布范围自动把每个纤维角度铺层分成多个铺层。为减小剪裁和铺置碳纤维预浸料的难度和工作量，去掉宽度过小的铺层，调整其它保留的铺层。在这一优化阶段，优化调整后的每个铺层厚度，其中厚度值为离散值，是单层铺层厚度的倍数。

　　在满足力学性能和工艺性能要求下，采用非均匀铺层优化设计方法设计的铺层方案比采用均匀铺层优化设计方法设计的铺层方案轻了0.987kg，减重率高达50%。