預(yù)浸帶鋪放成型復(fù)合材料構(gòu)件應(yīng)力場研究

杜 宇,李志猛, 楊 濤,牛雪娟

(1.天津市現(xiàn)代機電裝備技術(shù)重點實驗室，天津 300387；2.天津工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院，天津 300387)

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預(yù)浸帶鋪放成型復(fù)合材料構(gòu)件應(yīng)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(xiàn)代機電裝備技術(shù)重點實驗室，天津 300387；2.天津工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院，天津 300387)

預(yù)浸帶鋪放過程中的溫度歷程和熱應(yīng)力對復(fù)合材料構(gòu)件成型后的質(zhì)量有很大的影響。基于生死單元和循環(huán)載荷方法，對預(yù)浸帶鋪放成型復(fù)合材料構(gòu)件的應(yīng)力場進行了數(shù)值模擬，利用ANSYS中間耦合方法，實現(xiàn)鋪放過程的溫度-應(yīng)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(jié)果作為熱載荷進行應(yīng)力場分析，得到了預(yù)浸帶鋪放過程中構(gòu)件內(nèi)部的熱應(yīng)力分布及成型后的殘余應(yīng)力,最后分析了不同鋪放參數(shù)對殘余應(yīng)力的影響。研究結(jié)果表明：在各層中，第一層的軸向、橫向熱應(yīng)力最大，分別為64.8、11 MPa，隨著鋪放進行，各層自身的熱應(yīng)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(gòu)件成型后的軸向、橫向殘余應(yīng)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(gòu)件成型后的軸向、橫向殘余應(yīng)力分別減小了23.6、6.12 MPa，隨著鋪放層數(shù)增加，鋪放速度對殘余應(yīng)力影響越來越小。

預(yù)浸帶鋪放;應(yīng)力場;數(shù)值模擬;殘余應(yīng)力

0 引言

復(fù)合材料自動鋪帶技術(shù)由于其精度高、速度快、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)勢，可實現(xiàn)任意曲面構(gòu)件的成型，廣泛應(yīng)用于航空、航天、軌道交通等大型復(fù)合材料構(gòu)件的制造中[1-4]。……