概述

开发轻质高强复合材料的新型结构设计与优化技术，满足交通运输领域轻量化需求。

需求详情

在新能源汽车、航空航天及高端装备制造等战略性产业中，轻量化是提升能源效率、载荷能力、动态性能及降低排放的核心路径。轻质高强复合材料如碳纤维增强复合材料（CFRP）、玻璃纤维增强复合材料（GFRP）与蜂窝夹层结构等，凭借优异比强度、比刚度和可设计性，被视为实现大幅减重的理想选择。然而，当前行业瓶颈不仅在于材料本身，更在于如何通过先进结构设计与优化技术，在满足强度、刚度、稳定性与疲劳寿命等工程要求下，充分释放材料潜力，实现最大程度轻量化。传统设计方法依赖经验公式与保守安全系数，难以应对复合材料各向异性、铺层复杂性与多工况载荷的综合优化挑战；现有商用软件在处理多尺度（微观纤维至宏观结构）、多物理场（力学、热、振动）耦合问题时，存在计算效率低、收敛性差与全局寻优困难等局限，且疲劳性能、冲击损伤与环境老化等因素进一步增加了验证复杂性与不确定性，因此亟需开发融合人工智能、机器学习、拓扑与形貌优化及数字孪生等前沿技术的下一代设计方法。针对该挑战，上海轻拓新材料科技有限公司致力于研发面向轻质高强复合材料的创新结构优化技术，重点攻克以下难点：发展高效高精度多尺度建模与仿真技术，准确预测复合材料在不同载荷下的力学响应与损伤演化；开发智能优化算法，结合拓扑、尺寸与铺层顺序优化，在设计空间内自动寻优，实现轻量化与性能目标的最佳平衡；建立考虑模具可行性、纤维铺覆性、脱模角度等制造约束的“设计-制造”一体化流程，确保优化结果可制造与成本可控；构建涵盖疲劳、冲击与环境耐久性的全生命周期性能预测模型，提升工程可靠性。

技术参数

减重效果≥30%；强度重量比提升50%；疲劳寿命≥10^7次；设计周期缩短40%

项目预期

项目实施计划为：2025年完成结构优化设计方法体系建立与算法验证，2026年针对新能源汽车白车身、飞机内饰件等典型部件进行优化设计与样件实验验证，最终于2026年底前实现技术转化并应用于实际产品开发流程。该技术具备明确产业紧迫性与战略价值，成功后将助力下游产业突破轻量化瓶颈，提升能效、性能与市场竞争力，响应国家节能减碳与绿色制造战略。