挠度对大长径比复合材料壳体缠绕成型质量影响研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20210928.008

复合材料科学与工程 ›› 2021, Vol. 0 ›› Issue (9): 55-61.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210928.008

挠度对大长径比复合材料壳体缠绕成型质量影响研究

奚旺¹, 葛庆², 肖康², 张骞², 祖磊^2*

1.中国航天科技集团有限公司第四研究院,西安 710000;
2.合肥工业大学机械工程学院,合肥 230041

收稿日期:2021-01-12 出版日期:2021-09-28 发布日期:2021-10-13
通讯作者: 祖磊(1983-),男,博士,教授,主要从事复合材料力学与结构设计方面的研究,zulei@hfut.edu.cn。
作者简介:奚旺(1989-),男,工程师,学士,主要从事复合材料壳体结构设计方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51875159);安徽省重点研究与开发计划项目(201904d07020013)

Effect of deflection on winding quality of composite shells with large aspect ratio

XI Wang¹, GE Qing², XIAO Kang², ZHANG Qian², ZU Lei^2*

1. Fourth Research Institute of China Aerospace Science and Technology Group Co., Ltd., Xi'an 710000, China;
2. School of Mechanical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230041, China

Received:2021-01-12 Online:2021-09-28 Published:2021-10-13

摘要/Abstract

摘要： 大长径比复合材料缠绕成型壳体在成型过程中会产生挠度。本文针对挠度对壳体的缠绕线型、缠绕张力和固化残余应力的影响开展研究。通过解析计算和数值仿真建立大长径比复合材料壳体几何模型和有限元模型。分别采用测地线缠绕方法探究挠度对纤维缠绕线型的影响;采用正轴偏轴应变转换方法探究挠度对纤维缠绕张力的影响;采用CHILE本构模型探究挠度对纤维缠绕固化残余应力的影响。通过对大长径比复合材料壳体的仿真分析发现,挠度对纤维缠绕线型影响较小,挠度对纤维缠绕张力有一定的影响,张力随着壳体挠度位移值的增大而增大,挠度对纤维缠绕固化残余应力有一定的影响,且在壳体周向规律分布。

关键词: 大长径比复合材料壳体, 挠度, 缠绕线型, 缠绕张力, 固化残余应力

Abstract: A composite material with a large aspect ratio is wound around the molded shell, which causes deflection during the molding process. In this paper, the effects of deflection on the winding shape, winding tension and curing residual stress of the shell are studied. Through analytical calculation and numerical simulation, the geometric model and finite element model of the composite shell with large aspect ratio are established. The geodesic winding method was used to explore the effect of deflection on the fiber winding linear type; the positive axis and off-axis strain conversion method was used to explore the effect of deflection on the fiber winding tension; the CHILE constitutive model was used to investigate the effect of deflection on the fiber winding residual stress. Through the simulation analysis of the composite shell with large aspect ratio, it is found that the deflection has little effect on the fiber winding linearity, and the deflection has a certain effect on the fiber winding tension. The tension increases with the increase of the shell deflection displacement value. It has a certain effect on the residual stress of fiber winding and curing, and it is regularly distributed in the circumferential direction of the shell.

Key words: large aspect ratio composite shell, deflection, linear shape, tension, curing residual stress

中图分类号:

TB332

奚旺, 葛庆, 肖康, 张骞, 祖磊. 挠度对大长径比复合材料壳体缠绕成型质量影响研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(9): 55-61.

XI Wang, GE Qing, XIAO Kang, ZHANG Qian, ZU Lei. Effect of deflection on winding quality of composite shells with large aspect ratio[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2021, 0(9): 55-61.

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Effect of deflection on winding quality of composite shells with large aspect ratio

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