隨著航空航天領(lǐng)域的快速發(fā)展,先進復(fù)合材料的應(yīng)用與日俱增,如何提高復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能已成為當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域研究的重點。自動鋪放技術(shù)不斷進步,使得纖維的曲線鋪放成為可能,與傳統(tǒng)的直線鋪放鋪層相比,變角度曲線鋪放能更好的利用復(fù)合材料的方向性特點,優(yōu)化復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能。本文以變角度鋪層構(gòu)件為研究對象,規(guī)劃出纖維鋪放路徑,探究不同纖維鋪放路徑對曲面構(gòu)件力學(xué)性能的影響,具體工作內(nèi)容如下:(1)基于Hermite曲線,規(guī)劃纖維曲線鋪放的參考路徑。以6階Bezier曲線為導(dǎo)線,以單向軸為直母線,得到了曲面構(gòu)件,將得到的曲面投影至平面上,在投影平面上進行參考路徑的設(shè)計。結(jié)合經(jīng)典構(gòu)建完整鋪層等距的方法,對比分析了平移法和平行法,討論了鋪層出現(xiàn)間隙和重疊的原因,綜合分析結(jié)果,本文選用了平移法來構(gòu)建變角度鋪層。并針對影響參考曲線路徑的參數(shù),確定了本文曲面構(gòu)件變角度鋪層的表示方式。(2)將曲面和投影平面離散成網(wǎng)格,在投影平面上將曲線鋪放路徑進行離散,在每個網(wǎng)格內(nèi)部“以直代曲”,得到每個網(wǎng)格纖維鋪絲的鋪放角,給每一個網(wǎng)格分別賦予材料屬性�；谧兘嵌蠕亴与x散化建模思路,結(jié)合ABAQUS二次開發(fā)交互式界面GUI插件的開發(fā),確定了GUI程序開發(fā)的流程,編寫了相應(yīng)的Python代碼,開發(fā)了用于變角度鋪層構(gòu)件靜力學(xué)分析的插件Surface_Statics和用于變角度鋪層構(gòu)件線性屈曲分析的插件Surface_Buckle。插件的開發(fā)提高了本文仿真實驗的效率。(3)針對本文構(gòu)建的變角度鋪層,利用本文開發(fā)的GUI插件,對單邊受壓縮載荷作用下的變角度鋪層構(gòu)件進行靜力學(xué)分析,得到應(yīng)力應(yīng)變分布云圖,提取了最大最小應(yīng)力應(yīng)變,分別從整體分布和沿導(dǎo)線和直母線方向?qū)Ψ治鼋Y(jié)果進行討論,探究不同纖維曲線路徑參數(shù)對應(yīng)力應(yīng)變的影響,并在每組實驗中,對比了最大最小應(yīng)力應(yīng)變,給出了提高相應(yīng)力學(xué)性能的百分比。通過控制纖維曲線路徑的參數(shù),可以得到力學(xué)性能較好的復(fù)合材料曲面鋪層構(gòu)件。(4)對單邊受壓縮載荷作用下的變角度鋪層構(gòu)件進行線性屈曲分析,得到了線性屈曲分析的結(jié)果,提取了一階線性屈曲的模態(tài)和特征值,計算出一階屈曲載荷。對一階線性屈曲模態(tài)進行分析,發(fā)現(xiàn)隨著纖維曲線路徑的改變,屈曲模態(tài)發(fā)生了較大變化;對一階屈曲載荷進行分析,發(fā)現(xiàn)一階屈曲載荷隨著纖維路徑的變化而不斷變化。探究了不同纖維曲線路徑參數(shù)對一階屈曲的影響,并在每組實驗中,對一階屈曲載荷進行對比和計算,得到了屈曲載荷的改善程度。通過調(diào)整纖維曲線路徑的參數(shù),可以得到穩(wěn)定性較好的復(fù)合材料曲面鋪層構(gòu)件。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V25;TB33
【部分圖文】：

第一章 緒論 課題背景及研究目的和意義本課題來源于國家自然基金（NO.51575266）“基于網(wǎng)格流形的自適應(yīng)路徑規(guī)劃關(guān)鍵基礎(chǔ)理究”。先進復(fù)合材料因具有高比強度、高比模量、耐腐蝕、耐高溫、耐疲勞等優(yōu)點，被廣泛用于、航天等先進高科技領(lǐng)域[1][2]�？湛蛯︼w機結(jié)構(gòu)的重量和性能的關(guān)系做了統(tǒng)計分析，分析飛機結(jié)構(gòu)的重量每降低1%，其耗油可減少3%到4%，而在空間飛行器中，涉及的經(jīng)濟效益明顯，其中每減輕1kg的質(zhì)量，則相應(yīng)的會增加3萬元的經(jīng)濟效益。因此，在航空領(lǐng)域中，人員在設(shè)計構(gòu)件的同時，盡量做到使其重量最低�？梢哉f，一個國家的科技發(fā)展水平可以地體現(xiàn)在先進復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著先進復(fù)合材料的不斷發(fā)展，飛機結(jié)構(gòu)也在不斷發(fā)生變化，由金屬材料逐漸向復(fù)合材料過渡，有專家指出，在未來的飛機制造中，少有一半的復(fù)合材料用量。例如，大眾較為熟知的A350和B787機型，兩種機型的復(fù)合材料比率均已超過了總重量的50%，如圖1.1所示為兩種機型的材料占比組成。

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文此不會受到自動鋪帶中自然路徑(Natural path)軌跡限制，故自更大，可以實現(xiàn)本文纖維鋪放角連續(xù)變化的變角度鋪層，還可。動纖維鋪放技術(shù)得到了快速發(fā)展，被越來越多的用在航空航天公司或科研機構(gòu)均對此進行了研究[9]。例如：美國的 Alliant Teincinnati Milacron 公司、Bell Helicopter 公司、RaytheonAircrafNLR）以及法國的 Aerospatiale Matra 公司。除此之外，美國 Aut微型、獨立可支持各種熱源和鋪放材料的自動纖維鋪放設(shè)備 R011 年 11 月，美國極光飛行科學(xué)公司也加大對航空航天領(lǐng)域和。如圖 1.2，1.3 所示為自動鋪絲機構(gòu)示意圖。由于復(fù)合材料自心技術(shù)被西方國家壟斷，從設(shè)備、軟件和技術(shù)方面對我國進行對自動纖維鋪放技術(shù)方面的研究比較落后，因此對自動纖維鋪意義。

圖 1. 3 自動鋪絲機構(gòu)圖，通常是利用傳統(tǒng)的纖維鋪放設(shè)備來制造復(fù)合材料層合板材料鋪層單層，然后以一定的方式疊加單層板，最后形成境，在目前的直線纖維鋪放中，一般將纖維鋪放角設(shè)定纖維鋪放設(shè)計流程簡單且能滿足一般的工程要求，但卻活性，不能很好的利用復(fù)合材料方向性的特點。復(fù)合材料體組合而成的，復(fù)合材料鋪層的結(jié)構(gòu)性能與纖維的鋪設(shè)方式，可以得到符合我們要求的結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良的復(fù)合材料鋪出的復(fù)合材料層合板綜合性能良好且符合實際工程環(huán)境，了能提高復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能，從事于復(fù)合材料研究方面維鋪放方式，以充分發(fā)揮復(fù)合材料方向性的優(yōu)勢。許多研成的復(fù)合材料層合板中。隨著自動鋪絲技術(shù)的發(fā)展，纖維鋪放中，纖維的鋪放角度可以實現(xiàn)連續(xù)變化[11][12]。變角相比，增加了復(fù)合材料的可設(shè)計性，充分的利用了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能。在纖維曲線鋪放形成的復(fù)合材料層合板中
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本文編號：2876839