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碳纤维复合材料结构设计要点(4)

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-04-12  浏览次数:1835
核心提示:纤维铺放的实际情况铺叠所用材料为预浸料,由于纤维具有带宽,不能完全按照理想的纤维路径进行铺放,因此按照理想路线进行最近似
 纤维铺放的实际情况

铺叠所用材料为预浸料,由于纤维具有带宽,不能完全按照理想的纤维路径进行铺放,因此按照理想路线进行最近似的处理。将铺层分成条状铺叠,2 条边界都为理想的纤维路径,但是这条状铺层纤维路径按照某条边界完全连续,断纤维的端头将集中分布于另一条边界上。这样1 个铺层中是由若干条这样的条状铺层拼接而成,断纤维和连续纤维将在铺层中交替铺放。

根据笼统的定义,明显断纤维集中分布于零件的两侧。可以使断纤维和连续纤维在铺层中交替,并且可以控制这种交替的频率使断纤维和连续纤维趋于均匀。

条状铺层的裁剪

条状铺层的宽度要根据零件的外形制定,其根本宗旨是保证铺层中纤维连续和均匀,并且使得操作最方便。

(1)确定铺层带宽。

带宽的选择要满足:

·小于铺叠最大带宽;

·整个条状铺层能按规定路径全

部贴敷于铺叠曲面上;

·适合铺叠。

2)条状铺层的边界选取。

·在最小截面线上取一点,然后根据确定的带宽取点,直至截面线的边界;

·过这些点,以受力方向为引导方向,以零件的铺叠面为支持面,做测地线;

·根据这些线在铺叠面上分割铺层;

·将这些分割后的铺层展开成平面,所得形状即为所需条状铺层的外形;

·在厚度方向上,每层上的拼接线都尽量错开一定距离,不要在沿厚度方向上重合。

(3)45°和90°的纤维路径。

45 °的理想纤维路径是45 °应力方向,90 °的理想纤维路径是90°应力方向。

 


新方法的意义

复合材料结构中承载纤维的关键是要连续和绷紧。有一种曲面铺叠方法是将等高线做为基准,其具体做法是用一组平行的平面去切割曲面,将交线做为铺层的基准方向并且作为小铺层的拼接线。这种方法对于平面是正确的,但是对于曲面时就会出现问题,在铺叠并排的小铺层时会出现不规则形状,在预浸料的边缘出现大量的断纤维,有的地方甚至所有的纤维都是断的,这种现象会随曲率的变化而加剧。显然,断了的纤维不能传递载荷,只有在垂直于切割平面的附近的纤维是连续的,这种方法不合理。

此方法并没有增加连续纤维的数量,由于对于一层来说厚度不能增加,所以这个曲面的最小截面决定了其连续纤维的数量。但是增加的是绷紧的连续纤维的数量,理想的情况是所有连续的纤维都绷紧。如果某处曲率变化较大,则需要采取相应的措施。

同时此方法利用现有的设备,路径的细化、预浸料的切割、铺叠中的定位都可以解决,而且铺层铺叠时变形小、容易铺叠,这样在工程化生产中其质量一致性完全可以保证,如果将此方法进一步推广,采用自动铺叠设备完成则更加合理。

 


结束语

按照上述新方法可以部分解决双曲面的纤维路径和铺叠之间的关系,尤其是机身和整体结构。

 
 
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