碳纤维无人机铺层如何进行优化设计？
碳纤维复合材料与传统材料相比，具有密度小、比强度高、比模量高、抗疲性能良好等一系列优势，在无人机制作中应用越来越广。碳纤维复合材料具有材料和工艺的可设计性，铺层角度与铺层顺序不同，对力学性能的影响也是很大的。无人机除了对轻量化要求高，对结构各部位的力学性能要求也很高，所以研究无人机非均匀铺层优化设计方法对机身设计非常重要。
江苏博实在无人机领域有着丰富的研发与加工经验，生产加工的碳纤维无人机外壳、机架、机臂等部件获得客户一致好评。为了能够充分利用碳纤维复合材料的性能，可采用基于OptiStruct有限元分析碳纤维无人机部件的铺层设计。利用非均匀铺层优化设计方法对无人机部件的铺层进行优化设计。该方法可以分为三步。
一、采用OptiStruct进行自由尺寸优化，主要是优化每个单元每个纤维方向铺层的厚度，确定碳纤维复合材料每个纤维方向铺层厚度的分布。自由尺寸优化前先将铺层设置为0°、90°和±45°的4个铺层，每个铺层厚度为2mm。经过50步迭代计算后，得到自由尺寸优化后的4个不同纤维方向铺层厚度分布，根据计算结果可以看出±45°纤维方向铺层厚度分布相同，90°纤维方向铺层最厚。
二、利用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。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。
三、利用OptiStruct开展铺层顺序优化，保证铺层顺序满足铺层设计要求。经过17步迭代计算后，得到尺寸优化后的4个不同纤维方向铺层厚度。尺寸优化后，OptiStruct根据每个真实物理层的厚度，自动创建实际的物理铺层数量。本优化模型共创建了0°铺层14层，45°铺层6层，-45°铺层6层，90°铺层22层。
优化后的机身总质量为0.987kg；最大位移为2.923mm，小于约束的3mm；最大为0.085，小于1，若采用均匀铺层设计，其总质量为1.974kg、最大位移为2.829mm、最大为0.089。该铺层方案比均匀铺层优化设计方案设计的铺层方案清了0.987kg，减重率高达50%。既实现了无人机轻量化的需求，又能满足对无人机部件的力学性能要求。