預浸帶鋪放成型復合材料構件應力場研究

杜 宇,李志猛, 楊 濤,牛雪娟

(1.天津市現代機電裝備技術重點實驗室，天津 300387；2.天津工業大學 機械工程學院，天津 300387)

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預浸帶鋪放成型復合材料構件應力場研究

杜 宇1,2,李志猛2, 楊 濤1,2,牛雪娟2

(1.天津市現代機電裝備技術重點實驗室，天津 300387；2.天津工業大學 機械工程學院，天津 300387)

預浸帶鋪放過程中的溫度歷程和熱應力對復合材料構件成型后的質量有很大的影響。基于生死單元和循環載荷方法，對預浸帶鋪放成型復合材料構件的應力場進行了數值模擬，利用ANSYS中間耦合方法，實現鋪放過程的溫度-應力耦合分析：首先對鋪放過程的溫度歷程進行求解，然后將溫度場計算結果作為熱載荷進行應力場分析，得到了預浸帶鋪放過程中構件內部的熱應力分布及成型后的殘余應力,最后分析了不同鋪放參數對殘余應力的影響。研究結果表明：在各層中，第一層的軸向、橫向熱應力最大，分別為64.8、11 MPa，隨著鋪放進行，各層自身的熱應力逐漸增大；鋪放頭移動速度一定，熱氣溫度從500 ℃升高到700 ℃時，構件成型后的軸向、橫向殘余應力分別增大了14、5.5 MPa；熱氣溫度一定，鋪放頭移動速度從10 mm/s增加到30 mm/s時，構件成型后的軸向、橫向殘余應力分別減小了23.6、6.12 MPa，隨著鋪放層數增加，鋪放速度對殘余應力影響越來越小。

預浸帶鋪放;應力場;數值模擬;殘余應力

0 引言

復合材料自動鋪帶技術由于其精度高、速度快、質量穩定等優勢，可實現任意曲面構件的成型，廣泛應用于航空、航天、軌道交通等大型復合材料構件的制造中[1-4]。……