铺层顺序对碳纤维复合材料钻削分层制孔的影响.pdf

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1、RESEARCH研究论文铺层顺序对碳纤维复合材料钻削分层制孔的影响王共冬1’2，种强1，周丽1，熊需海2(1．沈阳航空航天大学航空航天工程学部，沈阳110136；2．沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点实验室，沈阳110136)【摘要】在碳纤维环氧树脂基复合材料的钻削制qL@_7-过程中会产生很多种类的缺陷，其中分层损伤是最难以控制的缺陷，严重影响机械连接的有效性和材料的使用性能。将铺层规则尤其是防分层规则应用于层合板铺层顺序优化中，使用Memetic算法得出防止碳纤维板分层的铺层顺序，并设计CFRP制孔试验加以论证。试验结果表明，复合材料铺层角度对分层缺

2、陷有重要影响，优化后的碳纤维复合材料可有效减少分层、毛刺缺陷。关键词：碳纤维增强复合材料；Memetic算法；分层损伤；防分层规则EffectofStackingSequenceonLayerDefectofCarbonFiber-ReinforcedPlasticsWANGGongdon91’2，ZHONGQian91，ZHOULil，XIONGXuhai2(1．FacultyofAerospaceEngineering，ShenyangAerospaceUniversity,Shenyang110136，China；2．KeyLaboratoryofFund

3、amentalScienceforNationalDefenceofAeronauticalDigitalManufacturingProcess，ShenyangAerospaceUniversity,Shenyang10136，China)【ABSTRACTlIntheprocessofcarbonfiberreinforcedplastics(CFRP)drilling，layeristhemostimportantclassofde-fect，whichseriouslyaffectstheconnectionperformanceoftheholesa

4、ndtheservicelifeofmaterials．Ruleespeciallyanti—layerruleisusedforoptimizationdesignoflaminatedcompositeplatestructures．ThestackingsequenceofcompositelaminateisoptimizedbyapplyingMemeticalgorithm，anddrillingexperimentofcarbonfiberreinforcedplasticsismadetocheckthevalidity．Theresultind

5、icatesthatthestackingsequencehasgreatinfluenceonlayer,andtheoptimizedcompositelaminatecaneffectivelyrestrainlayerandburrs．Keywords：CFRP；Memeticalgorithm；Layerdefect；Anti-layerruleDoI：10．16080／j．issnl671-833x．2017．07．101在碳纤维复合材料钻孔过程中，最难以操控的缺陷是分层损伤，它不但会降低机械连接时的公差，还会降低材料结构的力学性能[1】。其中，钻削

6、轴向力和温度是引发分层损伤的两大因素。Tan和Nuismer[2]提出了一个能预测复合材料在载荷作用下不断扩张的理论模型，该模型在原有模型的基础上考虑了残余应力的影响，更贴近于试验结果。此后，常福清【31提出层合板失效的临界轴向力公式，并根据能量守恒公式推导出腹板的屈曲强度。朱菊芬[41、梁斌陋1利用双分层损伤有限元模型给出了压屈载荷的等值曲线图，分析结果描绘了不同分层位置的载荷分布。然而，这些研究只注重计算模型方面，设计相关试验进行辩证分析的报道相对较少。在设计碳纤维复合材料铺层顺序时，每一层的方向都可以是不同角度，因此可以按照一定规则进行优化以满足复合材料的

7、强度、刚度等要求。国内，唐文艳等呻]利用整数编码、非常规解码的形式设计不同铺层角度。冯消冰等【_1利用整数编码方法，同时结合特定的层合板铺层规则优化出满足不同复合材料强度要求的碳纤维复合材料铺层顺序。而王共冬嘲、晏飞凹、何林涛等‘1叫分别把优化后的遗传算法应用在复合材料铺层规则上，不同程度地提高了遗传算法的收敛速度。Fzlzon等””提出层合板在受载过程中稳定性对层合板强度的影响起关键作用，并结合屈服准则与其优化后的算法设计出具有高强度的碳纤维层合板。Carrera等”21研究了不同边界条件，不同力学性能的碳纤维层合板在剪切力下的变形理论，并采用标准遗传算法建立

8、了层合板铺层顺序规则库。