基于变角度算法的复合材料翼梁自动铺丝

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1、复合材料自动铺放AUTOMATEDPLACEMENTfOrCOMPOSITES基于变角度算法的复合材料翼梁自动铺丝AFPofCompositeWingSparBasedonFiberSteeringAlgorithm南京航空航天大学材料科学与技术学院方宜武王显峰肖军马丁黄威[摘要]在采用固定角算法的复合材料“C”型翼Placement，AFP）。自动铺放技术适用于生产大型飞机[1]梁自动铺丝试验中，预浸丝在翼梁的拐角区域出现严重的大尺寸结构件，其中包括大飞机的复合材料翼梁。的屈曲与皱褶。在分析了其原因的基础上，利用

2、翼梁的如空客A400M机翼的“C”型翼梁采用ATL和热隔膜结构和受力特点，使翼梁的自动铺丝轨迹尽量向测地线成型工艺相结合的方法完成，试飞成功的A350XWB机[2]方向靠近，可以显著减小预浸丝在过拐角时的偏转角翼的“C”型翼梁采用AFP技术完成。相比于复合材度，从而消除预浸丝的皱褶和屈曲。轨迹进入非可展翼料翼梁的其他传统成型工艺，利用自动铺放技术（ATL/梁曲面的缘条后，相邻预浸丝束间会出现无法通过自动AFP）制造机翼大梁具有成型效率高、制造精度高等优[3]增减纱动作进行控制的重叠或间隙，在拐角区域采用变点；而相对

3、于ATL技术，AFP技术在成型结构复杂、[4]角度轨迹设计方法消除微小的重叠或间隙，实现了“C”曲率变化较大的复合材料翼梁上更有优势。型翼梁的满覆性铺放，可减少缺陷，提高构件的力学性国内在复合材料翼梁自动铺放这一领域刚起步不[5]能。久，尚未形成完善实用的制造技术。孙成通过采用固关键词:复合材料自动铺丝“C”型翼梁变定角算法的轨迹规划方法，对某型号飞机“C”型翼梁的角度轨迹满覆性铺放缩比件进行了实际自动铺丝验证，发现在翼梁腹板和缘[ABSTRACT]Intheautomatedfiberplacement条相交的拐

4、角区域出现了预浸丝明显的皱褶和屈曲，对(AFP)experimentoftheC-shapedcompositewingspars于±45°铺层这一问题更为明显，如图1所示。这会[6-8]byusingfixedanglealgorithms(FAA),significantbuck-极大降低铺放质量及最终构件的力学性能。本文根lingandwrinklingoftheprepreghaveappearedinthe据翼梁的结构特征和受力特点，采用基于变角度轨迹设edgeareasofspar.Inthispape

5、r,weanalyzethecausesof计的方法，利用南京航空航天大学自主设计的七轴联动theseproblemsandusegeodesicalgorithmtooptimizethe8丝束自动铺丝系统进行实际铺放验证，以优化铺层的AFPprocessbasedonthestructureandstressfeaturesof铺放质量。spar,whichcansignificantlyreducetheangulardeflectionwhentheprepregisgoingthroughtheedgea

6、reas.Andbucklingandwrinklingdisappeared.Duetotheadjacentgeodesictrajectoriesofthenon-developablesparsurface,overlaporgapontheflangeshasappeared.Theoverlaporgapistoosmallwhichcannotcutorfeedautomaticallybythemachine.Fullcoverageplacementisobtainedbyusingfiberst

7、eeringtrajectorydesignmethodwhichbalancesouttheoverlaporgapintheedgeareas,diminishesthede-图1拐角区域预浸丝的皱褶和屈曲Fig.1Bucklingandwrinklingoftheprepregintheedgeareafeats,thereforebettermechanicalpropertiesofthesparareacquired.Keywords:CompositematerialAutomatedfiber1 固

8、定角算法中折边区域预浸丝的变形placementC-shapedwingsparFibersteeringtra-实际翼梁缘条是小曲率曲面，为方便讨论，将腹板jectoryFullcoverageplacement和缘条均视为平面，从而可将翼梁展开成如图2所示平[9]面区域，其中ABCD为展开的腹板（Web），ABB1A1和自动铺放技术是近30年来发展和广泛