本申請(qǐng)要求于2015年8月11日提交的、美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第62/203,539號(hào)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，所述申請(qǐng)通過引用整體地并入本文中。

公開領(lǐng)域

本公開涉及多板層層狀復(fù)合材料。更具體地，本公開涉及具有較低面重量和/或成本的多板層層狀復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和制造。

背景

與常規(guī)結(jié)構(gòu)材料、例如金屬和陶瓷相比，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料能夠提供較低的重量密度和較大的機(jī)械剛度及強(qiáng)度。到目前為止，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已經(jīng)主要在國(guó)防和航天部門中得到應(yīng)用，其中在不損失機(jī)械性能的情況下的重量減小是主要關(guān)注點(diǎn)。除了這些應(yīng)用，在大體積應(yīng)用、例如汽車制造中，對(duì)以纖維增強(qiáng)復(fù)合材料代替金屬作為結(jié)構(gòu)材料有著漸增的興趣。這種漸增的興趣是由于幾個(gè)因素，包括對(duì)減少環(huán)境占用面積和滿足關(guān)于材料重量的消費(fèi)預(yù)期的需求。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與金屬相比的一個(gè)特征是允許針對(duì)具體應(yīng)用來定制復(fù)合材料的固有各向異性的力學(xué)響應(yīng)。特別地，復(fù)合材料的聚合性質(zhì)為設(shè)計(jì)者提供許多材料和幾何自由度，這能夠被用于減小復(fù)合材料的重量。

然而，復(fù)合材料的聚合性質(zhì)還對(duì)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和制造造成了挑戰(zhàn)。在非復(fù)合系統(tǒng)中，材料的選取通常僅涉及單個(gè)變量：材料。即，當(dāng)為系統(tǒng)選擇金屬時(shí)，設(shè)計(jì)者僅需要從可供使用的、有限數(shù)量的金屬中選取一種金屬。金屬通常不層疊在一起。雖然金屬能夠一起合金化，但是有標(biāo)準(zhǔn)合金供在市場(chǎng)之外購(gòu)買。另外，即使金屬會(huì)層疊在一起，單個(gè)層也具有與復(fù)合材料相比有限的選擇。例如，復(fù)合材料的每個(gè)層中的纖維能夠以不同方向取向。金屬是各向同性的，并且因此沒有用于取向金屬層的優(yōu)選方向。因此，用于設(shè)計(jì)系統(tǒng)的常規(guī)材料工具對(duì)復(fù)合材料設(shè)計(jì)者幫助很少。

設(shè)計(jì)者因此不得不依賴于使用先前經(jīng)驗(yàn)或試探法結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試的試錯(cuò)法復(fù)合材料設(shè)計(jì)方法。這些設(shè)計(jì)方法集中了資源并且在能夠被研究和測(cè)試的設(shè)計(jì)的數(shù)量上施加了實(shí)際限制。因此，通過這些設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生的所得復(fù)合材料設(shè)計(jì)非常不可能是針對(duì)任何特定應(yīng)用的最佳方案。例如，所得復(fù)合材料可能不具有針對(duì)特定應(yīng)用的最低的可能重量或成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

用于設(shè)計(jì)多板層層狀復(fù)合材料的更好方法可以允許從復(fù)合材料內(nèi)的多種配置中的多種材料中進(jìn)行選取。然而，可用于復(fù)合材料內(nèi)的板層的材料和配置的幾乎無(wú)限制的選擇使得復(fù)合材料設(shè)計(jì)的模擬和/或優(yōu)化效率低。然而，使用某些模型的優(yōu)化工具能夠在系統(tǒng)地完全搜索幾乎無(wú)盡的可用配置選項(xiàng)之后快速篩選具有特定屬性的最優(yōu)值的復(fù)合材料設(shè)計(jì)。全局優(yōu)化工具可以被用于作為一個(gè)或更多個(gè)連續(xù)變量和/或一個(gè)或更多個(gè)二進(jìn)制變量的條件來預(yù)測(cè)多板層層狀復(fù)合材料的特性。例如，全局優(yōu)化工具可以預(yù)測(cè)復(fù)合材料的在板層的每個(gè)層的大范圍纖維取向角度下的特性。因此，全局優(yōu)化工具能夠識(shí)別具有與通過現(xiàn)有技術(shù)的試錯(cuò)法或試探法算法來識(shí)別的復(fù)合材料設(shè)計(jì)相比更低的面重量和/或更低成本的復(fù)合材料設(shè)計(jì)。當(dāng)復(fù)合材料設(shè)計(jì)被識(shí)別為滿足被輸入到全局優(yōu)化工具的特定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，該復(fù)合材料設(shè)計(jì)可以被制造。

在一個(gè)實(shí)施例中，可以求解混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型以利用全局優(yōu)化工具獲得多板層層狀復(fù)合材料設(shè)計(jì)。所提出的MINLP模型可以包括這些特征中的一個(gè)或更多個(gè)：i)從用于每個(gè)板層的多種纖維和樹脂材料中進(jìn)行選擇的能力，ii)與制造限制一致的層厚度的離散值，和iii)確保設(shè)計(jì)不超過設(shè)計(jì)者施加的實(shí)際應(yīng)變和曲率限制。在某些實(shí)施例中，MINLP模型可以擴(kuò)充以用公式表示多目標(biāo)優(yōu)化問題，該問題考慮重量和可以表示制造復(fù)合材料的成本的第二目標(biāo)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，方法可以包括通過處理器接收多個(gè)輸入?yún)?shù)，所述參數(shù)指定可用于包含在多板層層狀復(fù)合材料中的原材料的至少一個(gè)材料參數(shù)和多板層層狀復(fù)合材料的至少一個(gè)材料要求。所述方法還可以包括通過處理器選取至少兩個(gè)選擇。在第一選擇中，處理器可以選取用于多板層層狀復(fù)合材料的一種或更多種材料。在第二選擇中，處理器可以選取多板層層狀復(fù)合材料內(nèi)的單層特性。用于第二選擇的單層特性可以包括纖維體積分?jǐn)?shù)和/或纖維取向。根據(jù)通過處理器選取的第一選擇和第二選擇設(shè)計(jì)的復(fù)合材料可以滿足如由復(fù)合材料特性預(yù)測(cè)模型所預(yù)測(cè)的、通過處理器接收的至少一個(gè)材料要求。選取第一選擇和第二選擇的步驟可以包括通過同時(shí)考慮至少一個(gè)材料參數(shù)和單層特性以及通過預(yù)測(cè)具有所考慮的至少一個(gè)材料參數(shù)和所考慮的單層特性的復(fù)合材料的合計(jì)剛度來求解混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型。選取的步驟還可以包括優(yōu)化混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型的解以選取具有最小面重量的、滿足至少一個(gè)材料要求的多板層層狀復(fù)合材料。

根據(jù)另一實(shí)施例，設(shè)備可以包括存儲(chǔ)器和耦接到存儲(chǔ)器的處理器。處理器可以被配置為執(zhí)行以下步驟：接收多個(gè)輸入?yún)?shù)，所述參數(shù)指定可用于包含在多板層層狀復(fù)合材料中的原材料的至少一個(gè)材料參數(shù)和多板層層狀復(fù)合材料的至少一個(gè)材料要求；和選取用于多板層層狀復(fù)合材料的一種或更多種材料的第一選擇和多板層層狀復(fù)合材料內(nèi)的單層特性的第二選擇，其中，單層特性包括至少纖維體積分?jǐn)?shù)和纖維取向，并且其中，第一選擇和第二選擇滿足至少一個(gè)材料要求。選取的步驟可以包括：通過同時(shí)考慮至少一個(gè)材料參數(shù)和單層特性以及通過預(yù)測(cè)具有所考慮的至少一個(gè)材料參數(shù)和所考慮的單層特性的復(fù)合材料的合計(jì)剛度來求解混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型；和優(yōu)化混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型的解以選取具有最小面重量的、滿足至少一個(gè)材料要求的多板層層狀復(fù)合材料。

根據(jù)另一實(shí)施例，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以包括非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包括執(zhí)行以下步驟的代碼：接收多個(gè)輸入?yún)?shù)，所述參數(shù)指定可用于包含在多板層層狀復(fù)合材料中的原材料的至少一個(gè)材料參數(shù)和多板層層狀復(fù)合材料的至少一個(gè)材料要求；和選取用于多板層層狀復(fù)合材料的一種或更多種材料的第一選擇和多板層層狀復(fù)合材料內(nèi)的單層特性的第二選擇，其中，單層特性包括至少纖維體積分?jǐn)?shù)和纖維取向，并且其中，第一選擇和第二選擇滿足至少一個(gè)材料要求。用于執(zhí)行選取步驟的代碼可以包括用于執(zhí)行以下步驟的代碼：通過同時(shí)考慮至少一個(gè)材料參數(shù)和單層特性和通過預(yù)測(cè)具有所考慮的至少一個(gè)材料參數(shù)和所考慮的單層特性的復(fù)合材料的合計(jì)剛度來求解混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型；和優(yōu)化混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型的解以選取具有最小面重量的、滿足至少一個(gè)材料要求的多板層層狀復(fù)合材料。

在本發(fā)明的上下文中，公開了實(shí)施例1到39。實(shí)施例1是用于設(shè)計(jì)多板層層狀復(fù)合材料的方法，包括：通過處理器來接收多個(gè)輸入?yún)?shù)，所述參數(shù)指定可用于包含在多板層層狀復(fù)合材料中的原材料的至少一個(gè)材料參數(shù)和多板層層狀復(fù)合材料的至少一個(gè)材料要求；和通過處理器選取用于多板層層狀復(fù)合材料的一種或更多種材料的第一選擇和多板層層狀復(fù)合材料內(nèi)的單層特性的第二選擇，其中，單層特性包括至少纖維體積分?jǐn)?shù)和纖維取向，并且其中，第一選擇和第二選擇滿足至少一個(gè)材料要求。通過同時(shí)考慮至少一個(gè)材料參數(shù)和單層特性和通過預(yù)測(cè)具有所考慮的至少一個(gè)材料參數(shù)和所考慮的單層特性的復(fù)合材料的合計(jì)剛度來求解混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型；和優(yōu)化混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型的解以選取具有最小面重量的、滿足至少一個(gè)材料要求的多板層層狀復(fù)合材料。實(shí)施例2是實(shí)施例1所述的方法，還包括制造根據(jù)混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型的最優(yōu)解選取的多板層層狀復(fù)合材料。實(shí)施例3是實(shí)施例1所述的方法，其中優(yōu)化混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型的解的步驟包括：通過選取用于連續(xù)決策變量x的向量和二進(jìn)制決策變量y的向量的值來定義約束函數(shù)g和h的向量，其中約束函數(shù)包括用于計(jì)算能夠形成單個(gè)板層的每個(gè)可能的纖維-基體對(duì)的本構(gòu)機(jī)械性能的函數(shù)、用于計(jì)算對(duì)復(fù)合材料機(jī)械性能和復(fù)合材料的合計(jì)機(jī)械響應(yīng)進(jìn)行控制的線性載荷-形變關(guān)系的函數(shù)中的至少一個(gè)；和定義會(huì)在滿足約束函數(shù)的同時(shí)被最小化的目標(biāo)函數(shù)f。實(shí)施例4是實(shí)施例3所述的方法，其中二進(jìn)制決策變量包括以下中的至少一個(gè)：復(fù)合材料中特定板層的存在或不存在、板層總數(shù)、每個(gè)板層的厚度、用于每個(gè)板層的纖維和樹脂材料組合和用于每個(gè)板層的纖維取向角度的象限。實(shí)施例5是實(shí)施例3所述的方法，其中連續(xù)決策變量包括以下中的至少一個(gè)：每個(gè)板層的厚度和體積分?jǐn)?shù)、復(fù)合材料的中間平面處經(jīng)受的應(yīng)變和曲率的向量和用于對(duì)每個(gè)板層的纖維取向角度的某些三角函數(shù)建模的變量。實(shí)施例6是實(shí)施例1所述的方法，其中優(yōu)化解的步驟包括對(duì)多個(gè)目標(biāo)的優(yōu)化，其中目標(biāo)包括復(fù)合材料的物理屬性和復(fù)合材料的成本中的至少一個(gè)。實(shí)施例7是實(shí)施例6所述的方法，其中至少一個(gè)物理屬性包括以下中的至少一個(gè)：多板層層狀復(fù)合材料的重量、厚度和總纖維含量。實(shí)施例8是實(shí)施例1所述的方法，其中優(yōu)化解的步驟包括利用由處理器執(zhí)行的基于分支定界的全局優(yōu)化求解器來優(yōu)化解。實(shí)施例9是實(shí)施例1所述的方法，其中至少一個(gè)材料要求包括以下中的至少一個(gè)：基體、纖維、最大應(yīng)變、對(duì)稱復(fù)合材料、平衡復(fù)合材料、板層厚度、最大板層數(shù)、面內(nèi)力、彎矩、扭矩、應(yīng)變和撓度。實(shí)施例10是實(shí)施例1所述的方法，其中單層特性至少包括每個(gè)板層的厚度、每個(gè)板層相對(duì)于復(fù)合材料的中間平面的位置、每個(gè)板層中纖維的容許體積分?jǐn)?shù)和每個(gè)板層中的纖維取向角度。實(shí)施例11是實(shí)施例1所述的方法，其中預(yù)測(cè)多板層層狀復(fù)合材料的合計(jì)剛度包括根據(jù)經(jīng)典層合板理論(CLT)來預(yù)測(cè)合計(jì)剛度。實(shí)施例12是實(shí)施例1所述的方法，其中優(yōu)化解的步驟包括針對(duì)多板層層狀復(fù)合材料的每個(gè)板層，預(yù)測(cè)包括多種纖維材料和多種樹脂材料的各種復(fù)合材料的合計(jì)剛度。實(shí)施例13是實(shí)施例1所述的方法，其中優(yōu)化解的步驟包括在滿足所有指定材料要求的所有復(fù)合材料中選取具有最小重量的多板層層狀復(fù)合材料的一種或更多種材料和多板層層狀復(fù)合材料的單層特性。

實(shí)施例14是一種設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器；和耦接到存儲(chǔ)器的處理器，其中處理器被配置為執(zhí)行以下步驟：接收多個(gè)輸入?yún)?shù)，所述參數(shù)指定可用于包含在多板層層狀復(fù)合材料中的原材料的至少一個(gè)材料參數(shù)和多板層層狀復(fù)合材料的至少一個(gè)材料要求；和選取用于多板層層狀復(fù)合材料的一種或更多種材料的第一選擇和多板層層狀復(fù)合材料內(nèi)的單層特性的第二選擇，其中單層特性包括至少纖維體積分?jǐn)?shù)和纖維取向，并且其中，第一選擇和第二選擇滿足至少一個(gè)材料要求，其中選取的步驟包括：通過同時(shí)考慮至少一個(gè)材料參數(shù)和單層特性和通過預(yù)測(cè)具有所考慮的至少一個(gè)材料參數(shù)和所考慮的單層特性的復(fù)合材料的合計(jì)剛度來求解混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型；和優(yōu)化混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型的解以選取具有最小面重量的、滿足至少一個(gè)材料要求的多板層層狀復(fù)合材料。實(shí)施例15是實(shí)施例14所述的設(shè)備，其中處理器還被配置為執(zhí)行輸出數(shù)據(jù)文件的步驟，所述數(shù)據(jù)文件包括用于多板層層狀復(fù)合材料的一種或更多種材料的第一選擇以及多板層層狀復(fù)合材料內(nèi)的單層特性的第二選擇的描述，其中所述描述包括混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型的最優(yōu)解。實(shí)施例16是實(shí)施例14所述的設(shè)備，其中優(yōu)化混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型的解的步驟包括：通過選取用于連續(xù)決策變量x的向量和二進(jìn)制決策變量y的向量的值來定義約束函數(shù)g和h的向量，其中約束函數(shù)包括用于計(jì)算能夠形成單個(gè)板層的每個(gè)可能的纖維-基體對(duì)的本構(gòu)機(jī)械性能的函數(shù)、用于計(jì)算復(fù)合材料機(jī)械性能和對(duì)復(fù)合材料的合計(jì)機(jī)械響應(yīng)進(jìn)行控制的線性載荷形變關(guān)系的函數(shù)中的至少一個(gè)；和定義會(huì)在滿足約束函數(shù)的同時(shí)被最小化的目標(biāo)函數(shù)f。實(shí)施例17是實(shí)施例16所述的設(shè)備，其中二進(jìn)制決策變量包括以下中的至少一個(gè)：復(fù)合材料中特定板層的存在或不存在、板層總數(shù)、每個(gè)板層的厚度、用于每個(gè)板層的纖維和樹脂材料組合和用于每個(gè)板層的纖維取向角度的象限。實(shí)施例18是實(shí)施例16所述的設(shè)備，其中連續(xù)決策變量包括以下中的至少一個(gè)：每個(gè)板層的厚度和體積分?jǐn)?shù)、復(fù)合材料的中間平面處經(jīng)受的應(yīng)變和曲率的向量、用于對(duì)每個(gè)板層的纖維取向角度的某些三角函數(shù)進(jìn)行建模的變量。實(shí)施例19是實(shí)施例14所述的設(shè)備，其中優(yōu)化解的步驟包括對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，其中目標(biāo)至少包括復(fù)合材料的物理屬性和復(fù)合材料的成本中的一個(gè)。實(shí)施例20是實(shí)施例19所述的設(shè)備，其中至少一個(gè)物理屬性包括以下中的至少一個(gè)：多板層層狀復(fù)合材料的重量、厚度和總纖維含量。實(shí)施例21是實(shí)施例14所述的設(shè)備，其中優(yōu)化解的步驟包括利用由處理器執(zhí)行的基于分支定界的全局優(yōu)化求解器來優(yōu)化解。實(shí)施例22是實(shí)施例14所述的設(shè)備，其中至少一個(gè)材料要求包括以下中的至少一個(gè)：基體、纖維、最大應(yīng)變、對(duì)稱復(fù)合材料、平衡復(fù)合材料、板層厚度、最大板層數(shù)、面內(nèi)力、彎矩、扭矩、應(yīng)變和撓度。實(shí)施例23是實(shí)施例14所述的設(shè)備，其中單層特性包括至少每個(gè)板層的厚度、每個(gè)板層相對(duì)于復(fù)合材料的中間平面的位置、每個(gè)板層中纖維的容許體積分?jǐn)?shù)和每個(gè)板層中的纖維取向角度。實(shí)施例24是實(shí)施例14所述的設(shè)備，其中預(yù)測(cè)多板層層狀復(fù)合材料的合計(jì)剛度包括根據(jù)經(jīng)典層合板理論(CLT)來預(yù)測(cè)合計(jì)剛度。實(shí)施例25是實(shí)施例14所述的設(shè)備，其中優(yōu)化解的步驟包括針對(duì)多板層層狀復(fù)合材料的每個(gè)板層，預(yù)測(cè)包括多種纖維材料和多種樹脂材料的各種復(fù)合材料的合計(jì)剛度。實(shí)施例26是實(shí)施例14所述的設(shè)備，其中優(yōu)化解的步驟包括在滿足所有指定材料要求的所有復(fù)合材料中選取具有最小重量的多板層層狀復(fù)合材料的一種或更多種材料和所述多板層層狀復(fù)合材料的單層特性。

實(shí)施例27是一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括執(zhí)行以下步驟的代碼或計(jì)算機(jī)程序邏輯：接收多個(gè)輸入?yún)?shù)，所述參數(shù)指定可用于包含在多板層層狀復(fù)合材料中的原材料的至少一個(gè)材料參數(shù)和多板層層狀復(fù)合材料的至少一個(gè)材料要求；和選取用于多板層層狀復(fù)合材料的一種或更多種材料的第一選擇和多板層層狀復(fù)合材料內(nèi)的單層特性的第二選擇，其中單層特性包括至少纖維體積分?jǐn)?shù)和纖維取向，并且其中，第一選擇和第二選擇滿足至少一個(gè)材料要求，其中選取的步驟包括：通過同時(shí)考慮至少一個(gè)材料參數(shù)和單層特性和通過預(yù)測(cè)具有所考慮的至少一個(gè)材料參數(shù)和所考慮的單層特性的復(fù)合材料的合計(jì)剛度來求解混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型；和優(yōu)化混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型的解以選取具有最小面重量的、滿足至少一個(gè)材料要求的多板層層狀復(fù)合材料。在實(shí)施例27中，代碼或計(jì)算機(jī)程序邏輯可以被存儲(chǔ)在非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。

實(shí)施例28是實(shí)施例27所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中介質(zhì)還包括執(zhí)行輸出數(shù)據(jù)文件的步驟的代碼，所述數(shù)據(jù)文件包括用于多板層層狀復(fù)合材料的一種或更多種材料的第一選擇以及多板層層狀復(fù)合材料內(nèi)的單層特性的第二選擇的描述，其中所述描述包括混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型的最優(yōu)解。實(shí)施例29是實(shí)施例27所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中優(yōu)化混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型的解的步驟包括：通過選取用于連續(xù)決策變量x的向量和二進(jìn)制決策變量y的向量的值來定義約束函數(shù)g和h的向量，其中約束函數(shù)包括用于計(jì)算能夠形成單個(gè)板層的每個(gè)可能的纖維-基體對(duì)的本構(gòu)機(jī)械性能的函數(shù)、用于計(jì)算復(fù)合材料機(jī)械性能和對(duì)復(fù)合材料的合計(jì)機(jī)械響應(yīng)進(jìn)行控制的線性載荷變形關(guān)系的函數(shù)中的至少一個(gè)；和定義會(huì)在滿足約束函數(shù)的同時(shí)被最小化的目標(biāo)函數(shù)f。實(shí)施例30是實(shí)施例29所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中二進(jìn)制決策變量包括以下中的至少一個(gè)：復(fù)合材料中特定板層的存在或不存在、板層總數(shù)、每個(gè)板層的厚度、用于每個(gè)板層的纖維和樹脂材料組合和用于每個(gè)板層的纖維取向角度的象限。實(shí)施例31是實(shí)施例30所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中連續(xù)決策變量包括以下中的至少一個(gè)：每個(gè)板層的厚度和體積分?jǐn)?shù)、復(fù)合材料的中間平面處經(jīng)受的應(yīng)變和曲率的向量、用于對(duì)每個(gè)板層的纖維取向角度的某些三角函數(shù)進(jìn)行建模的變量。實(shí)施例32是實(shí)施例27所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中優(yōu)化解的步驟包括對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，其中所述目標(biāo)至少包括至少一個(gè)材料參數(shù)以及以下中的至少一個(gè)：復(fù)合材料的物理屬性和復(fù)合材料的成本。實(shí)施例33是實(shí)施例32所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中至少一個(gè)物理屬性包括以下中的至少一個(gè)：多板層層狀復(fù)合材料的重量、厚度和總纖維含量。實(shí)施例34是實(shí)施例27所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中優(yōu)化解的步驟包括利用基于分支定界的全局優(yōu)化求解器來優(yōu)化解。實(shí)施例35是實(shí)施例27所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中至少一個(gè)材料要求包括以下中的至少一個(gè)：基體、纖維、最大應(yīng)變、對(duì)稱復(fù)合材料、平衡復(fù)合材料、板層厚度、最大板層數(shù)、面內(nèi)力、彎矩、扭矩、應(yīng)變和撓度。實(shí)施例36是實(shí)施例27所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中單層特性至少包括每個(gè)板層的厚度、每個(gè)板層相對(duì)于復(fù)合材料的中間平面的位置、每個(gè)板層中的纖維的容許體積分?jǐn)?shù)和每個(gè)板層中的纖維取向角度。實(shí)施例37是實(shí)施例27所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中預(yù)測(cè)多板層層狀復(fù)合材料的合計(jì)剛度包括根據(jù)經(jīng)典層合板理論(CLT)來預(yù)測(cè)合計(jì)剛度。實(shí)施例38是實(shí)施例27所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中優(yōu)化解的步驟包括針對(duì)多板層層狀復(fù)合材料的每個(gè)板層，預(yù)測(cè)包括多種纖維材料和多種樹脂材料的各種復(fù)合材料的合計(jì)剛度。實(shí)施例39是實(shí)施例27所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中優(yōu)化解的步驟包括在滿足所有指定材料要求的所有復(fù)合材料中選取具有最小重量的多板層層狀復(fù)合材料的一種或更多種材料和所述多板層層狀復(fù)合材料的單層特性。

前述內(nèi)容已經(jīng)非常廣泛地概述了本發(fā)明實(shí)施例的某些特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以便使以下的詳細(xì)描述可以被更好地理解。下文中將描述形成本發(fā)明權(quán)利要求的主題的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，所公開的概念和特定實(shí)施例可以被容易地用作修改或設(shè)計(jì)用于執(zhí)行相同或相似目的的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還應(yīng)意識(shí)到，這種等同構(gòu)造不偏離所附權(quán)利要求中陳述的本發(fā)明精神和范圍。當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，將更好地從以下描述中理解其他特征。然而，應(yīng)清楚地明白的是，附圖中的每一個(gè)都僅為說明和描述的目的而提供，而不旨在限制本發(fā)明。

附圖簡(jiǎn)要說明

為了更完全地理解所公開的系統(tǒng)和方法，現(xiàn)在參照結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述。

圖1是根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的示例性多板層層狀復(fù)合材料，比如可以利用所公開的優(yōu)化工具來設(shè)計(jì)的復(fù)合材料。

圖2是根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的、可以利用所公開的優(yōu)化工具來設(shè)計(jì)的示例性復(fù)合材料以及作用于所述復(fù)合材料上的力矩(M)和力(N)合量的方向分量。

圖3是根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的、對(duì)實(shí)施MINLP建模框架的優(yōu)化工具的操作進(jìn)行圖示的框圖。

圖4是根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的、利用優(yōu)化工具選取和制造復(fù)合板的方法的流程圖。

圖5是根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的、圖示可能利用MINLP模型的復(fù)合材料設(shè)計(jì)中的改進(jìn)的圖表。

圖6是根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的、圖示針對(duì)給定特定輸入條件和成本參數(shù)下的復(fù)合材料設(shè)計(jì)而生成的帕累托最優(yōu)曲線的圖表。

圖7是根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的、圖示用于設(shè)計(jì)和制造復(fù)合板的優(yōu)化工具的操作的框圖。

圖8是圖示具有可以執(zhí)行用于設(shè)計(jì)復(fù)合板的優(yōu)化工具的某些實(shí)施例的處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意性框圖。

具體實(shí)施方式

多板層層狀復(fù)合材料是具有多個(gè)層的復(fù)合材料，其中每個(gè)層都包括嵌入樹脂中以形成基體的纖維。每個(gè)層都可以是不同的材料或者一些或全部的層可以由相同材料制成。層中的每一個(gè)都可以包括不同的纖維/樹脂百分比。而且，每個(gè)層都可以含有會(huì)相對(duì)于固定的x軸以不同角度取向的纖維。在設(shè)計(jì)中可以控制這些特性中的任一個(gè)或全部以改變所得復(fù)合材料的特性。

圖1是根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的示例性多板層層狀復(fù)合材料，比如可以利用所公開的優(yōu)化工具來設(shè)計(jì)的復(fù)合材料。復(fù)合板100可以包括多個(gè)層102A、102B、……、102N(也被稱為板層)，其中每個(gè)層或板層i可以由包括材料描述符和幾何描述符的不同特性來限定。例如，用于板層的材料描述符可以包括對(duì)纖維和基體材料及其各自的體積分?jǐn)?shù)v_f的選擇。針對(duì)每個(gè)板層i的幾何描述符可以包括板層厚度h_i、位置z_i和相對(duì)于參考軸104的纖維取向θ_i。對(duì)于給定的一組可用材料和外部載荷方案(涉及彎矩、剪切力、壓縮或拉伸應(yīng)力的任何組合)，存在針對(duì)復(fù)合板100的大量可替代的可行復(fù)合材料設(shè)計(jì)。由于復(fù)合板的制造限制和/或需求，在這些之中僅有一個(gè)或幾個(gè)設(shè)計(jì)達(dá)到某種性能標(biāo)準(zhǔn)(比如成本、重量、強(qiáng)度和/或其他目標(biāo))的閾值并因此具有實(shí)際效益。

復(fù)合板100的單層可以包括分散在樹脂/聚合物基體中的纖維。這種復(fù)合材料在各種商品(比如消費(fèi)電子、彈道、航空和運(yùn)輸產(chǎn)品)中是有用的。在一個(gè)實(shí)施例中，復(fù)合板100可以是單向的(UD)層或復(fù)合材料，其中大部分纖維基本上在一個(gè)方向上延伸并且提供各向異性特性。這種各向異性特性能夠被用于制造在一個(gè)或更多個(gè)方向或維度上具有獨(dú)特的期望特性的制品。單向復(fù)合材料的示例是單向條帶(tape)或預(yù)浸材料，其通常被理解為由浸有聚合樹脂的連續(xù)單向纖維(例如玻璃纖維、碳纖維或其他已知的強(qiáng)化纖維)制成的薄的條料或帶材。一些條帶能夠具有1到15cm寬量級(jí)(可能更寬)的寬度，并且具有小于1mm的厚度，使得條帶可以被設(shè)置在卷盤上。

復(fù)合材料的聚合物基體能夠包括本申請(qǐng)全文中討論的熱塑性或熱固性聚合物、其共聚物和其共混物。熱塑性聚合物的非限制性示例包括：聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)族聚合物、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚(1,4-環(huán)己烷二甲酸-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯)(PCCD)、乙二醇改性的聚環(huán)己基對(duì)苯二酸酯(PCTG)、聚苯醚(PPO)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯亞胺或聚醚酰亞胺(PEI)及其衍生物、熱塑性彈性體(TPE)、對(duì)苯二甲酸(TPA)彈性體、聚(聚對(duì)苯二甲酸環(huán)己二甲酯)(PCT)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚酰胺(PA)、聚砜磺酸鹽(PSS)、聚砜的磺酸鹽、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚苯硫醚(PPS)、其共聚物、或其共混物。除了這些之外，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他熱塑性聚合物和下文中發(fā)展出的那些也能夠被用于本發(fā)明的背景中。在本發(fā)明的一些方面，優(yōu)選的熱塑性聚合物包括聚丙烯、聚酰胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯(PC)族聚合物、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚(PPO)、聚醚酰亞胺、聚乙烯、其共聚物、或其共混物。在更優(yōu)選的方面，熱塑性聚合物包括聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯(PC)族聚合物、其共聚物、或其共混物。熱塑性聚合物能夠被包含在包括所述聚合物及添加劑的組合物中。添加劑的非限制性示例包括偶聯(lián)劑、抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑、流動(dòng)改性劑、著色劑等，或其任何組合。

能夠被用于制造熱固性聚合物基體的熱固性聚合物的非限制性示例包括不飽和聚酯樹脂、聚氨酯、酚醛樹脂、duroplast、脲醛、鄰苯二甲酸二烯丙酯、環(huán)氧樹脂、環(huán)氧乙烯酯、聚酰亞胺、聚氰尿酸酯的氰酸酯、二環(huán)戊二烯、酚醛塑料、苯并嗪、其共聚物、或其共混物。除了這些之外，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他熱固性聚合物和下文中發(fā)展出的那些也能夠被用于本發(fā)明的背景中。熱固性聚合物能夠被包含在包括所述聚合物及添加劑的組合物中。添加劑的非限制性示例包括偶聯(lián)劑、抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑、流動(dòng)改性劑、著色劑等，或其任何組合。

復(fù)合板100可以被并入具有恒定橫截面輪廓或非恒定橫截面輪廓的制品中。能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的復(fù)合材料的制品的非限制性示例包括汽車部件(例如，門、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、保險(xiǎn)杠、A梁、B梁、電瓶箱、白車身、編織結(jié)構(gòu)、織物結(jié)構(gòu)、絲纏繞結(jié)構(gòu)(例如管道、壓力容器等)、潰壓箱、前端模塊、保護(hù)罩(boot)增強(qiáng)件、儀表板、汽車橫梁、貨廂底板、軌延伸部、座椅結(jié)構(gòu)、懸架等)、飛行器部件(例如，機(jī)翼、機(jī)身、機(jī)尾、安定面等)、風(fēng)輪機(jī)葉片、橋梁、船體、艇甲板、軌道車、管道、壓力容器、體育用品、窗過梁、水箱、打樁工具、船塢、加強(qiáng)木梁、改型的混凝土結(jié)構(gòu)和/或加強(qiáng)的擠出或噴射模制品。在其他情況下，能夠包括本發(fā)明的復(fù)合材料和層壓板的制品能夠是電子部件。電子部件的非限制性示例包括HDD(硬盤驅(qū)動(dòng)器)外殼、OLED TV結(jié)構(gòu)支撐件、智能手機(jī)中間框架、智能手機(jī)一體成型殼、SSD(固態(tài)驅(qū)動(dòng)器)外殼、平板電腦中間框架、平板電腦一體成型殼、TV架或桌、UHD LED TV框架、筆記本計(jì)算機(jī)外殼等。另外地，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料能夠并入彈道應(yīng)用、繩索和線纜、比如防切手套之類的防護(hù)衣物、比如頭盔之類的生活防護(hù)用途、車輛裝甲和板材，并且作為輪胎中的橡膠增強(qiáng)、汽車軟管、光纖電纜、紡織加工、塑料加強(qiáng)和用于海洋體育用品和航空航天應(yīng)用等的復(fù)合材料。

圖2是根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的、可以利用所公開的優(yōu)化工具來設(shè)計(jì)的示例性復(fù)合材料以及作用于所述復(fù)合材料上的力矩(M)和力(N)合量的方向分量。復(fù)合板100可以經(jīng)受彎矩M_x 202和M_y 204。另外，復(fù)合板100可以經(jīng)受力N_x 212和N_y 214。復(fù)合板100可以在不同方向上經(jīng)受其他的力矩和力。例如，復(fù)合板100可以經(jīng)受力矩M_xy 206和力N_xy 216。對(duì)于多板層層狀復(fù)合材料的要求會(huì)指定復(fù)合材料如何響應(yīng)于力矩202、204和206以及力212、214和216。當(dāng)優(yōu)化工具選取出用于復(fù)合材料的材料時(shí)，可以通過優(yōu)化工具來預(yù)測(cè)復(fù)合板的特性和對(duì)力矩及力的響應(yīng)。

可以通過優(yōu)化工具來求解數(shù)學(xué)模型以識(shí)別針對(duì)復(fù)合板100的材料描述符和幾何描述符。通過應(yīng)用數(shù)學(xué)模型，可以在不使用試探法或試錯(cuò)法制造的情況下快速識(shí)別出在輸入材料要求和其他目標(biāo)(例如面重量和成本)方面具有最優(yōu)特性的復(fù)合板。圖3是根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的框圖，其圖示實(shí)施MINLP建?？蚣艿膬?yōu)化工具的操作。材料特性302、材料說明304和目標(biāo)306可以被輸入到優(yōu)化工具310。目標(biāo)306的示例包括復(fù)合板的面重量和成本。材料說明304的示例包括終端使用載荷和最大形變條件以及復(fù)合材料和層特性，例如最大板層數(shù)、離散層厚度選集和v_f。表1中提供了不同組的材料說明304的三個(gè)示例。材料特性302的示例包括成本、密度和剛度。表2中提供了材料特性302的示例。

表1：可以輸入到優(yōu)化工具以生成復(fù)合板設(shè)計(jì)的的材料要求的三個(gè)示例。

表2：用于優(yōu)化工具的輸入以生成優(yōu)化的復(fù)合板設(shè)計(jì)的示例性材料特性。

優(yōu)化工具310可以在設(shè)計(jì)復(fù)合板中考慮若干決策變量，包括二進(jìn)制變量312和/或連續(xù)變量314。二進(jìn)制決策變量312可以包括：1)優(yōu)化解中板層的存在或不存在，2)復(fù)合材料中板層的總數(shù)，3)來自能夠被制造的一組可用厚度的、每個(gè)板層的厚度，4)來自一組可用條帶的、每個(gè)板層的條帶，5)與針對(duì)三角函數(shù)計(jì)算的值對(duì)應(yīng)的角度2θ_i的象限，和6)從針對(duì)每個(gè)板層i的可用材料列表選出的纖維和樹脂材料。雖然這里列出了示例性變量，但是可以將其他變量輸入到模型，并且優(yōu)化工具可以在用制定復(fù)合板100中考慮另外的變量。連續(xù)變量314可以包括：1)每個(gè)板層i的纖維體積分?jǐn)?shù)v_f,i，3)被預(yù)測(cè)當(dāng)在復(fù)合板上施加指定載荷條件時(shí)會(huì)看到的應(yīng)變和曲率的向量，和4)每個(gè)板層i的纖維取向角度θ_i的值。

優(yōu)化工具310可以根據(jù)材料特性302和材料說明304來求解混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型316，以找到使指定目標(biāo)306最小化的、變量312和314的最優(yōu)選集。對(duì)于變量312和314的值的特定選集，優(yōu)化工具310可以運(yùn)行材料預(yù)測(cè)器318以例如確定由那些所選值構(gòu)造的復(fù)合板強(qiáng)度，從而確定這樣的復(fù)合板是否會(huì)承受材料要求304。優(yōu)化工具310的輸出可以是包括針對(duì)變量312和314的所選值的復(fù)合板設(shè)計(jì)320，所述值根據(jù)滿足材料要求314的至少一個(gè)目標(biāo)306來產(chǎn)生優(yōu)化的復(fù)合板。該輸出可以包括對(duì)用于多板層層狀復(fù)合材料的一種或更多種材料的第一選擇和對(duì)多板層層狀復(fù)合材料內(nèi)的單層特性的第二選擇。

圖4是根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的、利用優(yōu)化工具選取和制造復(fù)合板的方法的流程圖。方法400可以開始于塊402，其中通過處理器接收多個(gè)輸入?yún)?shù)，所述參數(shù)指定可用于包含在多板層層狀復(fù)合材料中的原材料的至少一個(gè)材料參數(shù)和多板層層狀復(fù)合材料的至少一個(gè)材料要求。然后，在塊404處，方法400可以包括通過處理器選取對(duì)用于多板層層狀復(fù)合材料的一種或更多種材料的第一選擇和對(duì)多板層層狀復(fù)合材料內(nèi)的單層特性的第二選擇，其中單層特性包括至少纖維體積分?jǐn)?shù)和纖維取向角度，并且其中第一選擇和第二選擇滿足該至少一個(gè)材料要求。最后，在塊406處，方法400可以包括根據(jù)對(duì)混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型的最優(yōu)解選取來制造多板層層狀復(fù)合材料。

再次參照塊404，處理器可以求解數(shù)學(xué)模型以執(zhí)行對(duì)材料的第一選擇和層特性的第二選擇的選取。例如，選取步驟可以包括以下步驟：通過同時(shí)考慮至少一個(gè)材料參數(shù)和單層特性并且通過預(yù)測(cè)具有所考慮的至少一個(gè)材料參數(shù)和所考慮的單層特性的復(fù)合材料的合計(jì)剛度來求解混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型。選取步驟404還可以包括優(yōu)化混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型的解以選取具有最小面重量的、滿足至少一個(gè)材料要求的多板層層狀復(fù)合材料。雖然在方法400中僅描述了單個(gè)目標(biāo)(面重量)，但是可以考慮其他目標(biāo)或多個(gè)目標(biāo)的組合作為用于設(shè)計(jì)和制造復(fù)合板的優(yōu)化過程的一部分。

優(yōu)化過程期間，可以預(yù)測(cè)針對(duì)某些所選材料和幾何描述符的復(fù)合板品質(zhì)以確定特定復(fù)合板是否會(huì)滿足輸入的材料要求。例如，對(duì)于所設(shè)計(jì)的復(fù)合材料，可以預(yù)測(cè)合計(jì)剛度以確定復(fù)合材料是否會(huì)滿足某些力矩和力的需求。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用經(jīng)典層合板理論(CLT)來預(yù)測(cè)復(fù)合材料的品質(zhì)、比如合計(jì)剛度。

經(jīng)典層合板理論(CLT)通過將整個(gè)復(fù)合材料上經(jīng)受的力和力矩聚合在結(jié)構(gòu)的中間平面處來提供對(duì)復(fù)合材料在平面機(jī)械載荷下的本構(gòu)行為的預(yù)測(cè)。例如，再次參照?qǐng)D1，復(fù)合板100可以包括關(guān)于z＝0的中間平面以對(duì)稱方式布置的2N個(gè)板層。平面機(jī)械載荷下的復(fù)合板會(huì)經(jīng)受不同的軸向力和力矩，其以作用于中間平面(z＝0)的合量的形式并入CLT內(nèi)。可以通過在復(fù)合材料厚度上對(duì)單個(gè)板層應(yīng)力進(jìn)行積分來計(jì)算基于每單位寬度的力(N_x,N_y,N_xy)和力矩(M_x,M_y,M_xy)的合量。對(duì)于對(duì)稱復(fù)合材料，針對(duì)力N和力矩M的六個(gè)中間平面載荷可以通過以下等式經(jīng)由三個(gè)應(yīng)變和三個(gè)撓度與中間平面處的復(fù)合材料形變相關(guān)聯(lián)。

其中A_pq和D_pq分別表示層壓剛度矩陣的面內(nèi)和面外分量，并且是復(fù)合材料的幾何和材料描述符的顯函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以根據(jù)以下等式來計(jì)算A_pq和D_pq：

其中A_pq和D_pq被定義為針對(duì)每個(gè)板層i的變換剛度矩陣的和，其中每個(gè)變換剛度矩陣都以相應(yīng)板層的幾何因子加權(quán)。

對(duì)于復(fù)合材料內(nèi)的每個(gè)板層i，可以根據(jù)以下等式來計(jì)算變換剛度矩陣對(duì)纖維取向θ_i的依賴性：

對(duì)于固定的板層材料組成，被稱為材料不變量的到可以是通過以下等式定義為θ_i＝0處的板層剛度矩陣分量的線性組合的常數(shù)：

對(duì)于每個(gè)板層i，的值可以與由板層材料的實(shí)驗(yàn)表征得到的有效機(jī)械性能相關(guān)聯(lián)，所述機(jī)械性能即沿著(E₁)和垂直(E₂)于纖維的剛度模量、泊松比(ν₁₂)和剪切模量(G₁₂)，如以下的等式所示：

板層的這些有效機(jī)械性能還可以通過經(jīng)驗(yàn)微機(jī)械模型與纖維和基體的本構(gòu)性能及其相對(duì)體積分?jǐn)?shù)v_f相關(guān)。例如，板層的縱向剛度模量(E₁)和橫向模量(E₂)可以通過以下等式與各向異性的纖維(E_f1,E_f2)和各向同性的基體(E_m)的對(duì)應(yīng)性質(zhì)相關(guān)聯(lián)：

可以針對(duì)其他板層性質(zhì)、比如剪切模量(G₁₂)和泊松比(ν₁₂)來計(jì)算相似的校準(zhǔn)關(guān)系式。

常規(guī)復(fù)合材料設(shè)計(jì)優(yōu)化工具(比如以上在背景部分中描述的那些)比如通過固定上述到參數(shù)來設(shè)想每個(gè)板層的固定的材料組成。因此，這種優(yōu)化工具不包括對(duì)變量和的計(jì)算。如圖3中的非限制性實(shí)施例中圖示的，本發(fā)明的優(yōu)化工具反而允許從纖維和基體參數(shù)或板層材料的多于一個(gè)組合中針對(duì)每個(gè)板層i進(jìn)行選取。另外，本發(fā)明的優(yōu)化工具還可以考慮v_f在目標(biāo)定義范圍上的變化性。

在一個(gè)實(shí)施例中，通過使用在0≤v_f,L≤v_f≤v_f,U≤1的定義范圍上有效的、v_f的替代多項(xiàng)式函數(shù)，優(yōu)化工具可以將對(duì)于0≤v_f≤1的所有值有效的上述Q_pq和v_f之間的非線性關(guān)系式的某些計(jì)算限定至v_f的某些范圍。對(duì)于每個(gè)條帶，可以在針對(duì)用于可行v_f值的初始微機(jī)械模型的輸出對(duì)模型進(jìn)行回歸之后獲得模型參數(shù)α_pq、β_pq和γ_pq。

在選取用于復(fù)合板的參數(shù)中，優(yōu)化工具可以選取小于容許的最大板層數(shù)2N的特定數(shù)量的板層，其應(yīng)被包含在優(yōu)化復(fù)合材料設(shè)計(jì)中。對(duì)于固定的N，二進(jìn)制變量選取針對(duì)復(fù)合材料的最優(yōu)設(shè)計(jì)中的板層總數(shù)。例如，表示從允許最多十個(gè)板層的設(shè)計(jì)空間中選取具有六個(gè)板層的復(fù)合材料?？梢栽趦?yōu)化工具內(nèi)定義以下等式以在選取具有小于最大容許板層數(shù)量2N的固定總數(shù)的板層的復(fù)合材料上施加限制：

可以在優(yōu)化工具內(nèi)定義以下等式中的其他約束以實(shí)施在具有不同總數(shù)的板層的每種情況下哪些板層存在或不存在：

例如，在的情況下，以上等式將前三個(gè)板層實(shí)施為存在的(y₁＝y(tǒng)₂＝y(tǒng)₃＝1和y₄＝y(tǒng)₅＝0)。

在選取針對(duì)復(fù)合材料的參數(shù)中，優(yōu)化工具可以從連續(xù)變量h_i中選取針對(duì)每個(gè)板層i的厚度。每個(gè)現(xiàn)有板層的厚度可以根據(jù)以下等式的約束來從一組可能值W^th中選?。?/p>

其中，后兩個(gè)約束可以對(duì)厚度變量施加上界和下界。每個(gè)板層的z坐標(biāo)可以根據(jù)以下等式與厚度變量相關(guān)聯(lián)并由此確定邊界：

對(duì)于每個(gè)現(xiàn)有板層(其中y_i＝1)，優(yōu)化工具應(yīng)用以下等式以實(shí)施從給定一組板層材料(即纖維和樹脂的組合)中對(duì)單個(gè)板層材料W^tape的選取：

可以由優(yōu)化工具根據(jù)以下等式來計(jì)算板層材料不變量：

其中，針對(duì)每個(gè)條帶t的參數(shù)可以根據(jù)以下中的對(duì)應(yīng)參數(shù)的線性組合推導(dǎo)出：

對(duì)于通過MINLP模型進(jìn)行研究的板層材料，針對(duì)的多項(xiàng)表達(dá)式的系數(shù)被發(fā)現(xiàn)為使得多項(xiàng)式在0≤v≤1范圍內(nèi)單調(diào)遞增。該觀測(cè)結(jié)果可以結(jié)合以下界限:

來用于定義針對(duì)材料不變量的上界約束和下界約束，如以下等式所示：

在選取針對(duì)復(fù)合材料的參數(shù)中，優(yōu)化工具可以使用連續(xù)變量θ_i及其對(duì)應(yīng)的三角函數(shù)來選取用于每個(gè)板層的角度板層約束。對(duì)于每個(gè)現(xiàn)有板層，可以通過將已知的三角恒等關(guān)系式實(shí)施為以下等式中示出的約束來定義表示三角函數(shù)的決策變量：

然而，由于由所涉及的項(xiàng)(例如sin²2θ_i、cos²2θ_i、sin2θ_i、cos2θ_i)的雙線性性質(zhì)引起的錯(cuò)誤的符號(hào)法則，滿足三角恒等式的解可能不對(duì)應(yīng)于θ_i的唯一值。為了消除不對(duì)應(yīng)于2θ_i的唯一值的、三角恒等式的解，使用凸包重構(gòu)，2θ_i的可行域可以被分割成四個(gè)象限。

對(duì)于每個(gè)現(xiàn)有板層i，如果二進(jìn)制變量那么2θ_i屬于由以下等式確定的第k象限：

可以利用適當(dāng)?shù)姆?hào)法則來實(shí)施正弦和余弦變量。例如，如果2θ_i在第二象限中或k＝2，那么余弦和正弦變量分別被實(shí)施為負(fù)的和正的。最后，針對(duì)現(xiàn)有板層的所有正弦和余弦決策變量可以被約束為具有統(tǒng)一的絕對(duì)值。

在選取用于復(fù)合材料的參數(shù)時(shí)，優(yōu)化工具可以在優(yōu)化期間施加機(jī)械響應(yīng)約束。剛度矩陣的面內(nèi)(A_pq)和面外(D_pq)分量可以根據(jù)h_i來重新用公式表示并且包含在如下等式所述的模型中。

優(yōu)化工具可以在解MNLIP模型的同時(shí)實(shí)施某些材料要求，比如以上等式中描述的實(shí)施例。例如，為了實(shí)施通過優(yōu)化工具選取平衡復(fù)合材料，工具可以實(shí)施以下等式：

其使得分量A₁₆和A₂₆為零。另外，優(yōu)化工具可以利用以下等式分別實(shí)施復(fù)合材料剛度矩陣和板層剛度矩陣的分量的非負(fù)性：

可以由優(yōu)化工具施加的另一約束包括用戶指定的中間平面應(yīng)變(∈_ii；ii＝1、2、3)的和曲率(∈_ii；ii＝4、5、6)的最大容許值。該約束可以通過優(yōu)化工具使用以下等式來實(shí)施，所述等式允許最大形變的正值和負(fù)值：

優(yōu)化工具可以設(shè)計(jì)滿足輸入的材料要求的復(fù)合材料并且根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)目標(biāo)、比如面重量和/或成本來對(duì)所設(shè)計(jì)的材料進(jìn)行優(yōu)化。這些目標(biāo)可以在優(yōu)化工具中被定義為目標(biāo)函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，MINLP模型可以被求解以最小化層壓復(fù)合材料的面重量Obj_weight，其通過以下等式被定義為組成板層的以gm^-2為單位的面重量的和：

在該等式中，每個(gè)板層的密度取決于所選板層材料的選擇和v_f,i。

可以使用全局優(yōu)化算法(例如在可商購(gòu)的BARON求解器中實(shí)施的類型的算法)來求解具有上述約束中的某個(gè)的MINLP模型。MINLP模型可以允許從極大范圍的選集中選取針對(duì)復(fù)合材料模型的層的材料和特性。例如，在涉及九個(gè)可能板層材料、四個(gè)可能板層厚度和達(dá)到八個(gè)可能板層的測(cè)試情況下，MINLP模型由76個(gè)二進(jìn)制變量和134個(gè)連續(xù)變量以及具有594個(gè)非線性項(xiàng)的121個(gè)等式約束和212個(gè)不等式約束構(gòu)成。針對(duì)這些變量中的每個(gè)的排列的數(shù)量使得通過人工努力來求解是不可能的。即使在使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的蠻力法下，基于該大數(shù)量排列的、復(fù)合材料的最優(yōu)設(shè)計(jì)會(huì)是不現(xiàn)實(shí)的。然而，如上所述用公式表示的MINLP模型允許基于某些目標(biāo)優(yōu)化來設(shè)計(jì)復(fù)合材料以在短時(shí)間(＜2小時(shí))內(nèi)滿足某些材料要求。

圖5是根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的、圖示可能利用MINLP模型的復(fù)合材料設(shè)計(jì)中的改進(jìn)的圖表。圖表500圖示對(duì)于被設(shè)計(jì)來滿足某些材料要求的復(fù)合材料的面重量的三個(gè)結(jié)果。柱502圖示僅選自T300/PP材料的、具有0.50的恒定體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料的面重量。柱504圖示僅選自T300/PP材料的、具有在0.4到0.65之間變化的自由體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料的面重量。柱506圖示從材料T300/PP和AS/PP的混合物選出的復(fù)合材料的面重量。如柱502、504和506間示出的，通過向模型添加另外的變量而增加設(shè)計(jì)選擇的自由度提供了在減小面重量方面進(jìn)行優(yōu)化的增加的可能性。上述MINLP模型允許考慮這些另外的變量，并且基于這些另外的變量?jī)?yōu)化復(fù)合材料設(shè)計(jì)使得允許由于現(xiàn)有技術(shù)的試探法和試錯(cuò)法的限制而不預(yù)先計(jì)劃所述設(shè)計(jì)。實(shí)際上，無(wú)論變量的數(shù)量如何巨大，MINLP模型都可以允許在約幾分鐘內(nèi)選取最優(yōu)材料和層特性。

雖然上述模型包括根據(jù)一個(gè)目標(biāo)(面重量)的復(fù)合材料優(yōu)化，但是在其他實(shí)施例中，MINLP模型的優(yōu)化可以涉及基于多個(gè)目標(biāo)的優(yōu)化。例如，除了優(yōu)化復(fù)合材料設(shè)計(jì)以獲得滿足具有最低面重量的材料要求的復(fù)合材料之外，優(yōu)化工具可以進(jìn)行優(yōu)化以獲得最低面重量和最低成本之間的權(quán)衡。

用于利用多目標(biāo)優(yōu)化的MINLP模型的代表性生產(chǎn)成本函數(shù)可以由以下等式給出：

其中第一個(gè)求和表示復(fù)合材料的組合板層的總原材料成本，其中C_f,t和C_m,t分別對(duì)應(yīng)于構(gòu)成板層材料t的纖維和基體的成本，而第二個(gè)求和是與組裝具有非零纖維取向角度(θ_i≠0)的板層相關(guān)聯(lián)的成本，其中C_angle對(duì)應(yīng)于與組裝與0度板層相比具有非零θ_i的板層相關(guān)聯(lián)的另外的成本。

最小成本MINLP模型和最小重量MINLP模型的最優(yōu)解分別提供可行復(fù)合材料設(shè)計(jì)的重量上的上界和下界。于是能夠使用約束法獲得多目標(biāo)優(yōu)化問題的解，其中目標(biāo)中的一個(gè)(例如，重量)的可行域被分割成由節(jié)點(diǎn)定義的間隔，i＝1、……、n²⁷。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)i處，成本優(yōu)化問題可以用最優(yōu)設(shè)計(jì)具有低于的面重量的約束來公式化表示和求解。

當(dāng)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)到處重復(fù)該過程時(shí)，獲得的一組最優(yōu)解提供了對(duì)用于兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)目標(biāo)的帕累托最優(yōu)曲線的接近。圖6是圖示在給定特定輸入條件和成本參數(shù)的情況下利用針對(duì)復(fù)合材料設(shè)計(jì)的九個(gè)節(jié)點(diǎn)的帕累托最優(yōu)曲線的圖表600。對(duì)于線602所示的基礎(chǔ)情況成本參數(shù)，點(diǎn)602B處的最低成本設(shè)計(jì)和點(diǎn)602A處的最低重量設(shè)計(jì)分別利用最廉價(jià)的和最高指定剛度(單位密度的剛度)的板層材料。沿著由于與在除零度之外的不同角度處(即，沿著x軸)組裝板層相關(guān)聯(lián)的額外成本而施加的載荷的方向，最小成本設(shè)計(jì)僅設(shè)置四個(gè)板層中的兩個(gè)。基礎(chǔ)情況帕累托曲線602還展現(xiàn)在點(diǎn)602C和602D處具有混合材料設(shè)計(jì)解的相對(duì)平坦的區(qū)域，所述混合材料設(shè)計(jì)解使用每個(gè)都具有低成本材料(E-Glass/PP)和高成本材料(AS/PP)的兩個(gè)板層。然而，通過在同時(shí)將E-Glass/PP板層的厚度從0.75mm減小到0.5mm時(shí)將AS/PP板層中的vf從30％增大到46％，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)602C中相對(duì)于設(shè)計(jì)602D最高達(dá)到21％的重量減小和5％的成本增加。

通過改變輸入到MINLP模型的材料成本參數(shù)，可以生成帕累托最優(yōu)曲線對(duì)某些材料的成本的敏感性分析。圖6的另外的線604、606、608、610和612圖示對(duì)基于AS碳纖維的成本的最優(yōu)設(shè)計(jì)的敏感性。敏感性信息可以提供關(guān)于所設(shè)計(jì)的復(fù)合材料在例如材料成本增大或減小時(shí)會(huì)如何隨著時(shí)間改變的信息。還可以通過圖3的優(yōu)化工具310生成該敏感性信息。

使用纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及許多幾何和材料自由度，其在明智選擇時(shí)會(huì)導(dǎo)致與使用金屬相比顯著的重量減小效益，同時(shí)實(shí)現(xiàn)相同的機(jī)械性能。因此，在復(fù)合板的材料和單層特性被適當(dāng)選取時(shí)，復(fù)合板能夠提供對(duì)消費(fèi)品的顯著優(yōu)點(diǎn)。例如，復(fù)合板可以安裝作為用于電子器件(例如移動(dòng)電話和膝上型計(jì)算機(jī))的殼體。作為另一示例，復(fù)合板可以安裝作為機(jī)動(dòng)車輛上的門板和保險(xiǎn)杠。然而，可用于復(fù)合板的選項(xiàng)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過可用于常規(guī)材料的選項(xiàng)數(shù)量。例如，對(duì)于金屬，通常要考慮較少的參數(shù)。以上描述的為此的一個(gè)原因在于金屬是各向同性而不是各向異性的。對(duì)于具有多個(gè)板層的復(fù)合板，每個(gè)板層都可以具有不同材料和不同特性。這種設(shè)計(jì)自由顯著增大了選項(xiàng)數(shù)量并且通常產(chǎn)生那些材料和層特性的次優(yōu)選擇，這是由于不能以系統(tǒng)方式作出這些選擇。復(fù)合材料的常規(guī)設(shè)計(jì)依賴于提供次優(yōu)設(shè)計(jì)的試探法或試錯(cuò)法。用于復(fù)合板的這些次優(yōu)設(shè)計(jì)可能無(wú)法與常規(guī)金屬材料競(jìng)爭(zhēng)。

上述MINLP模型的使用能夠識(shí)別可以在產(chǎn)生的形變處于規(guī)定極限內(nèi)的情況下承受給定載荷條件的最小重量的復(fù)合結(jié)構(gòu)。可以通過并入描述復(fù)合材料在平面載荷下的機(jī)械響應(yīng)的某些約束以及根據(jù)組成纖維和基體經(jīng)由微機(jī)械關(guān)系進(jìn)行的板層剛度預(yù)測(cè)來求解所述模型。對(duì)于每個(gè)板層，所述模型可以考慮許多可能的幾何描述符作為決策變量并且還考慮決策變量以從可用一組材料中選取板層材料和板層v_f。使用MINLP模型使得設(shè)計(jì)由多于一個(gè)的纖維和/或多于一個(gè)的基體材料組成以便實(shí)現(xiàn)與使用單纖維和單基體材料的板層的常規(guī)復(fù)合材料相比更低的每單位面積整體重量的復(fù)合材料是可行的。對(duì)于涉及曲率的加載方案，通過MINLP模型預(yù)測(cè)的復(fù)合材料設(shè)計(jì)在內(nèi)板層(鄰近中性軸)中使用與外板層相比更低的v_f，這導(dǎo)致在滿足規(guī)定的載荷/形變條件的同時(shí)重量的減小(每單位面積重量)提高?？紤]競(jìng)爭(zhēng)性目標(biāo)(比如生產(chǎn)成本)的其他模型擴(kuò)展導(dǎo)致多目標(biāo)優(yōu)化問題的公式化，所述問題的解展現(xiàn)出之后能夠針對(duì)其實(shí)用性而受到評(píng)估的替代解的陣列。

圖7是根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的、對(duì)用于設(shè)計(jì)和制造復(fù)合板的優(yōu)化工具的操作進(jìn)行圖示的框圖。具有一個(gè)或更多個(gè)處理器(未示出)的計(jì)算機(jī)706可以執(zhí)行包含在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的代碼，所述代碼執(zhí)行優(yōu)化工具，比如圖3中圖示的優(yōu)化工具310。計(jì)算機(jī)706可以接收包含材料參數(shù)(比如在圖3以及表1中示出的材料參數(shù)302)的輸入文件702。輸入文件702可以是具有制表符和停頓描繪器的文本文檔、可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(XML)文檔、或二進(jìn)制文件(例如電子表格)的格式。計(jì)算機(jī)706還可以通過用戶界面704來接收材料要求。用戶界面704可以允許用戶指定針對(duì)復(fù)合板設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，比如力矩、應(yīng)變極限、曲率極限等。用戶界面704還可以允許用戶指定優(yōu)化復(fù)合板設(shè)計(jì)所針對(duì)的目標(biāo)，例如面重量和成本。用戶界面可以直接與在計(jì)算機(jī)706上執(zhí)行的優(yōu)化工具交互，比如在用戶界面704是用于優(yōu)化工具的軟件包的一部分的時(shí)候。在其他實(shí)施例中，用戶界面704可以在通過網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)706通信的遠(yuǎn)程設(shè)備(比如筆記本電腦、平板電腦或移動(dòng)電話)上進(jìn)行展示。用戶界面704可以作為網(wǎng)頁(yè)或獨(dú)立應(yīng)用展示給用戶。當(dāng)用戶界面704顯示在遠(yuǎn)程設(shè)備上時(shí)，輸入到用戶界面704的數(shù)據(jù)、例如材料要求和目標(biāo)可以被格式化為通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)706的輸入文件。然后計(jì)算機(jī)706可以對(duì)輸入文件702以及通過用戶界面704生成的輸入文件進(jìn)行解析，以將輸入提供給優(yōu)化工具。

然后優(yōu)化工具可以在計(jì)算機(jī)706的處理器上運(yùn)行并且生成滿足用戶界面704中指定的材料要求的至少一個(gè)復(fù)合板設(shè)計(jì)的輸出。一個(gè)或更多個(gè)復(fù)合板設(shè)計(jì)可以比如通過繪制復(fù)合板的板層和在每個(gè)所繪制板層內(nèi)展示文本而顯示在用戶界面708中，所述文本指示用于那個(gè)板層的材料和其他參數(shù)，比如體積分?jǐn)?shù)v_f和纖維取向角度。用戶界面708與用戶界面704相似，可以展示給操作計(jì)算機(jī)706的用戶或通過基于網(wǎng)絡(luò)的顯示器或獨(dú)立應(yīng)用展示給遠(yuǎn)程用戶?？梢詫⒂脩艚缑?08中圖示的數(shù)據(jù)導(dǎo)出到數(shù)據(jù)文件710。在一些實(shí)施例中，不生成用戶界面708，而可以將在計(jì)算機(jī)706上運(yùn)行的優(yōu)化工具的輸出直接寫入到數(shù)據(jù)文件710。

數(shù)據(jù)文件710可以包含復(fù)合板設(shè)計(jì)的文本描述和/或能夠通過在制造設(shè)施712處制造設(shè)備來解釋的機(jī)器指令。然后制造設(shè)施712可以根據(jù)在由在計(jì)算機(jī)706上執(zhí)行的優(yōu)化工具生成的數(shù)據(jù)文件710中指定的設(shè)計(jì)來生產(chǎn)復(fù)合板714。數(shù)據(jù)文件710可以包括所計(jì)算的參數(shù)和其他參數(shù)，包括：層疊(layup)、用于每個(gè)板層的材料、在層不覆蓋整個(gè)區(qū)域時(shí)定位每個(gè)層的坐標(biāo)、加工方法、時(shí)間、溫度、壓力和/或真空。

圖8是對(duì)具有處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行圖示的示意性框圖，所述處理器可以執(zhí)行用于設(shè)計(jì)復(fù)合板的優(yōu)化工具的某些實(shí)施例。圖8圖示根據(jù)服務(wù)器和/或用戶接口設(shè)備(例如圖7的計(jì)算機(jī)706)的某些實(shí)施例的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800。中央處理單元(CPU)802耦接到系統(tǒng)總線804。CPU 802可以是通用CPU或微處理器。所展示的實(shí)施例不受CPU 802的架構(gòu)限制，只要CPU 802支持本文中描述的操作(例如各種加法和乘法命令以及向量和矩陣操作)的執(zhí)行即可。在一些實(shí)施例中，CPU 802可以是圖形處理單元(GPU)、通用圖形處理單元(GPGPU)、多核處理器和/或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)。CPU 802可以執(zhí)行根據(jù)所公開的實(shí)施例的各種邏輯指令。例如，CPU 802可以執(zhí)行被編程來求解MINLP模型的高級(jí)計(jì)算機(jī)代碼。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800可以包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)808，其可以是SRAM、DRAM、SDRAM等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800可以利用RAM 808來存儲(chǔ)由被配置為行為集群的軟件應(yīng)用所使用的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800還可以包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)806，其可以是PROM、EPROM、EEPROM、光學(xué)存儲(chǔ)器等。ROM可以存儲(chǔ)用于啟動(dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800的配置信息。RAM 808和ROM 806可以留存用戶和/或系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800還可以包括輸入/輸入(I/O)適配器810、通信適配器814和用戶接口適配器816和顯示適配器822。I/O適配器810和用戶接口適配器816在某些實(shí)施例中可以使得用戶能夠與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800交互以輸入信息，比如材料要求和/或材料參數(shù)。在另一實(shí)施例中，顯示適配器822可以顯示與軟件或基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的圖形用戶界面以接收針對(duì)MINLP模型的輸入?yún)?shù)或顯示從MINLP模型輸出的優(yōu)化復(fù)合材料設(shè)計(jì)。

I/O適配器810可以將一個(gè)或更多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置812(比如硬盤驅(qū)動(dòng)器、壓縮盤(CD)驅(qū)動(dòng)器、軟盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶驅(qū)動(dòng)器中的一個(gè)或更多個(gè))連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800。通信適配器814可以被適配為將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800耦接到網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)可以是無(wú)線鏈路、LAN和/或WAN和/或互聯(lián)網(wǎng)中的一個(gè)或更多個(gè)。用戶接口適配器816將用戶輸入設(shè)備(比如鍵盤820和定點(diǎn)設(shè)備818)耦接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800。顯示適配器822可以被CPU 802驅(qū)動(dòng)來控制顯示設(shè)備824上的顯示。

所公開的實(shí)施例不限于系統(tǒng)800的架構(gòu)。相反，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800被提供作為可以被適配以為執(zhí)行服務(wù)器和/或用戶接口設(shè)備的功能的計(jì)算設(shè)備的一種類型的示例。例如，可以利用任何合適的基于處理器的設(shè)備，包括但不限于個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)、計(jì)算機(jī)游戲機(jī)和多處理器服務(wù)器。而且，所展示的實(shí)施例可以在專用集成電路(ASIC)或超大規(guī)模集成(VLSI)電路上實(shí)施。實(shí)際上，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以利用能夠執(zhí)行根據(jù)所公開的實(shí)施例的邏輯操作的任何數(shù)量的合適結(jié)構(gòu)。

如果在固件和/或軟件中實(shí)施，上述功能(比如關(guān)于圖4的流程圖所述的功能)可以作為一個(gè)或更多個(gè)指令或代碼被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。示例包括以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和以計(jì)算機(jī)程序編碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括物理計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)。存儲(chǔ)介質(zhì)可以是能夠被計(jì)算機(jī)訪問的任何可用介質(zhì)。通過示例但非限制，這種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)能夠包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)、壓縮盤只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)或其他光盤存儲(chǔ)器、磁盤存儲(chǔ)或其他磁存儲(chǔ)設(shè)備、或能夠被用于存儲(chǔ)指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的期望的程序代碼并且能夠被計(jì)算機(jī)訪問的任何其他介質(zhì)。盤包括壓縮盤(CD)、激光盤、光盤、數(shù)字化通用盤(DVD)、軟盤和藍(lán)光盤。通常，盤磁性地復(fù)制數(shù)據(jù)并且盤光學(xué)地復(fù)制數(shù)據(jù)。以上的組合還應(yīng)包含在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。

除了在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲(chǔ)，指令和/或數(shù)據(jù)可以被設(shè)置為通信設(shè)備中含有的傳輸介質(zhì)上的信號(hào)。例如，通信設(shè)備可以包括具有對(duì)指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行指示的信號(hào)的收發(fā)器。指令和數(shù)據(jù)被配置為使一個(gè)或更多個(gè)處理器實(shí)施權(quán)利要求中概述的功能。

雖然已經(jīng)詳細(xì)描述本公開和某些典型優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的公開內(nèi)容的精神和范圍的情況下，能夠在本文中做出各種改變、替代和變更。而且，本申請(qǐng)的范圍不旨在限于說明書中描述的過程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組分、裝置、方法和步驟的特定實(shí)施例。如一個(gè)本領(lǐng)域技術(shù)人員可以輕易地從本公開理解的，可以利用目前存在或之后會(huì)發(fā)展的、與本文中描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例執(zhí)行基本相同的功能或?qū)崿F(xiàn)基本相同結(jié)果的過程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組分、裝置、方法、或步驟。因此，所附權(quán)利要求旨在將這些過程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組分、裝置、方法、或步驟包含在其范圍內(nèi)。