本文關(guān)鍵詞：變剛度層合板力學(xué)性能分析及鋪放成型技術(shù)研究

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【摘要】：隨著復(fù)合材料在我國航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的不斷增加,傳統(tǒng)的以手工為主的樹脂基復(fù)合材料成型方式由于其生產(chǎn)效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點(diǎn),已不能滿足大批量、復(fù)雜構(gòu)件的生產(chǎn)需求。自動化成型是樹脂基復(fù)合材料制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。自動纖維鋪放技術(shù)是纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料自動化成型的重要方法之一,其不但可以實(shí)現(xiàn)成型自動化,還可以根據(jù)構(gòu)件的力學(xué)需求,獲得纖維角度連續(xù)變化的鋪層以優(yōu)化層合板的力學(xué)性能。本文針對自動鋪絲成型的變剛度層合板,旨在探究變剛度層合板的力學(xué)特性及其自動化成型關(guān)鍵技術(shù),為自動鋪絲技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。本文基于Bezier曲線定義了纖維鋪放參考路徑,得到了纖維角度的變化規(guī)律。該模型相對于角度線性變化的參考路徑,具有角度非線性變化、設(shè)計自由度大的優(yōu)點(diǎn)。對構(gòu)造變剛度鋪層的平移法和平行法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了深入分析,得到了平移法避免間隙且重疊最小的平移距離,并利用該種方法構(gòu)建了纖維鋪層。參考纖維角度線性變化層合板的鋪層表示形式,根據(jù)本文所描述參考路徑的特點(diǎn),確定了Bezier曲線變剛度層合板的表示形式。并結(jié)合所設(shè)計變剛度層合板的特點(diǎn)和ABAQUS分析軟件的輸入格式,利用Matlab編寫了變剛度層合板前處理模型生成軟件。從層合板的穩(wěn)定性出發(fā),對直線鋪層和變剛度鋪層分別構(gòu)成的層合板分別進(jìn)行了屈曲分析,對比發(fā)現(xiàn)變剛度層合板的屈曲載荷明顯較高,并獲得了初始幾何缺陷對屈曲載荷的影響規(guī)律。對變剛度層合板進(jìn)行了平面靜力學(xué)分析,得到了變剛度層合板在壓縮載荷作用下的變形和應(yīng)力的分布情況,可以看出纖維角度的變化使得載荷重新分布,從而影響了層合板的性能。通過保持參考路徑的起始角不變,改變參考纖維的終止角,分析了不同纖維路徑對穩(wěn)定性的影響,發(fā)現(xiàn)終止角大于起始角時,層合板的一階屈曲載荷較高。另外,研究還發(fā)現(xiàn)混搭一定角度的直線鋪層有助于層合板屈曲載荷的提高。為了獲得ABAQUS分析所需的基礎(chǔ)材料參數(shù),對自動鋪絲的主要工藝參數(shù)進(jìn)行了研究,得到了溫度、壓力和速度的合理范圍,制備了單向?qū)雍习?開展了拉伸試驗(yàn)。進(jìn)而,針對所構(gòu)建的變剛度鋪層,編制了加工代碼程序生成軟件,開展了曲線鋪放實(shí)驗(yàn),分析了絲束褶皺形成的原因并提出了解決方案,并獲得了參考軌跡在加工過程中的曲率大小限制范圍。最后,實(shí)現(xiàn)了纖維角度連續(xù)變化的絲束在平面內(nèi)的無褶皺鋪放,制備了混合鋪層的變剛度層合板,壓縮實(shí)驗(yàn)表明:合理設(shè)計的變剛度層合板在穩(wěn)定性上優(yōu)于直線鋪層構(gòu)成的層合板,一定程度上證明了有限元分析的正確性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V258

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本文編號：1244171