纤维的变角度铺放是一种新型的轨迹规划算法,此算法可增大复合材料构件铺层设计的灵活性,充分利用复合材料的方向特性来满足设计要求。目前,国外研究人员主要针对这种变角度铺层进行深入研究。首先,针对变角度铺放制造的平板、类平板或平板上带孔结构,进行了静力学分析,研究了在拉伸载荷作用下,这类结构的承载能力,结合分析结果,对铺层角进行优化,优化后的铺层,较传统定角度铺放制造的铺层,各项性能指标都有明显的提高[33-35]。其次,针对变角度铺放制造的圆柱壳和圆锥壳,重点研究了铺放角对其固有频率的影响[32]。通过改变纤维铺放角,可改变壳体的固有频率,在实际应用中,对避免整体系统的共振具有积极的意义。
国内对于变角度铺层结构的研究较少。从发表的文献来看,国内学者对于变角度铺层结构的研究基本处于起步阶段。目前,国内的研究重点仍集中在固定角度直线铺层力学特性的分析上,通过改变纤维铺放角的固定角度及改变不同角度值铺层之间的层叠顺序来提高铺层的力学特性;并且这类研究主要针对平板或平板带孔类结构,对壳体类结构的研究较少。
铺层特性研究与铺放轨迹规划算法研究,二者是密不可分的,一方面,铺层特性研究为铺层轨迹规划算法的合理性提供了理论支持;另一方面,轨迹规划算法又为铺层特性研究提供了多种的选择性。
结束语
热塑性复合材料纤维铺放技术是未来复合材料构件极端制造发展的一个重要方向。但就我国而言,制约其发展的主要因素主要有以下两点:
(1) 碳纤维单向增强热塑性树脂基预浸丝或预浸带的生产。目前,国内仅见有生产碳纤维单向增强热固性树脂基(环氧树脂基)预浸丝或预浸带的企业,没有生产碳纤维单向增强热塑性树脂基预浸丝或预浸带的单位,这类预浸丝或预浸带通过实验室制作,会存在生产质量不稳定的问题,不利于铺放工艺与铺层特性研究。
(2)自动纤维铺放设备。国内自动纤维铺放设备主要依靠进口,并且大多为自动纤维带铺放设备。在自动纤维丝铺放设备方面,哈尔滨工业大学已完成样机研制。纤维丝铺放设备制约了铺放轨迹规划算法及铺层特性的研究。
!