铺层角度偏差对曲面复合材料层合板形面轮廓的影响分析

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20220628.003

复合材料科学与工程 ›› 2022, Vol. 0 ›› Issue (6): 17-26.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220628.003

铺层角度偏差对曲面复合材料层合板形面轮廓的影响分析

杨智勇¹, 刘清念², 孙建波¹, 解永杰³, 左小彪¹, 张建宝¹

1.航天材料及工艺研究所,北京 100076;
2.北京机电工程总体设计部,北京 100854;
3.中国科学院西安光学精密机械研究所,西安 710068

收稿日期:2021-08-17 出版日期:2022-06-28 发布日期:2022-07-19
作者简介:杨智勇(1984-),男,博士,高级工程师,主要从事树脂基复合材料及工艺方面的研究,yzy512007@126.com。
基金资助:
中国航天科技集团公司自主研发项目

Influence of ply angular deviations on surface profiles of curved composite laminates

YANG Zhi-yong¹, LIU Qing-nian², SUN Jian-bo¹, XIE Yong-jie³, ZUO Xiao-biao¹, ZHANG Jian-bao¹

1. Aerospace Research Institute of Materials & Processing Technology, Beijing 100076, China;
2. The System Design Institute of Mechanical-Electrical Engineering, Beijing 100854, China;
3. Xi'an Institute of Optics & Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Xi'an 710068, China

Received:2021-08-17 Online:2022-06-28 Published:2022-07-19

摘要/Abstract

摘要： 铺层角度偏差在预浸料铺放过程中难以完全避免,且随机地发生在任意一层或多层预浸料片上。针对性地研究铺层角度偏差对典型曲面复合材料层合板形面轮廓的影响程度和应对方法是有工程应用意义的。在复合材料层合板总厚度相同的条件下,设计了六组准各向同性铺层顺序,通过有限元分析、概率论方法及典型层合板成型验证的方法,研究了单层、两层、多层铺层角度偏差对曲面层合板形面轮廓图形演变及精度影响规律,获得单向预浸料铺层层合板形面精度提高的控制要点。研究结果表明:铺层角度偏差发生在外层比在内层对层合板形变精度影响大,层合板形面精度随着铺层角度偏差的增大而降低;铺层角度偏差直接引发层合板的马鞍形形面变化,将铺层角度偏差控制在0.25°以内可以有效地抑制层合板的马鞍形形面的产生;适当降低预浸料单层厚度,增加铺层角度和总铺层数量,可有效地降低铺层角度偏差对限定总厚度层合板形面精度的影响。

关键词: 铺层角度, 角度偏差, 复合材料, 层合板, 形面轮廓, 角度偏差因子, 有限元分析

Abstract: Ply angular deviation is difficult to completely avoid in the process of prepreg placement, and occurs on one or muti-layer prepreg sheest randomly. It's of engineering significance to study the influence and application method of ply angular deviation on surface profiles of typical curved composite laminates. Under the condition that the total thickness of composite laminates is the same, six group quasi isotropic ply sequences were designed. Through finite element analysis, probability theory method and typical laminate forming verification, the influence of single-layer, two-layer and muti-layer ply angle deviations on the surface profiles and effect rules of curved composite laminates was studied. And the control points for improving surface accuracy of laminates placed by unidirectional prepreg were obtained. The results show that ply angular deviation occurs in outer layer, has a greater influence on surface accuracy of laminates than inner layer, and surface accuracy of laminates decreases with the increase of ply angle deviation. Ply angular deviation directly causes the change of saddle-shaped profile of composite laminate. The saddle profile of laminates can be effectively restrained by controlling the ply angle deviation within 0.25°. Appropriately reducing lamina thickness of prepreg, increasing fiber orientation angles and total plies can effectively reduce the influence of ply angular deviation on composite laminates with limited total thickness.

Key words: fiber orientation angles, angular deviation, composite, laminate, surface profile, angular deviationfactor, finite element analysis

中图分类号:

TB332

杨智勇, 刘清念, 孙建波, 解永杰, 左小彪, 张建宝. 铺层角度偏差对曲面复合材料层合板形面轮廓的影响分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(6): 17-26.

YANG Zhi-yong, LIU Qing-nian, SUN Jian-bo, XIE Yong-jie, ZUO Xiao-biao, ZHANG Jian-bao. Influence of ply angular deviations on surface profiles of curved composite laminates[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2022, 0(6): 17-26.

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Influence of ply angular deviations on surface profiles of curved composite laminates

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