纤维铺放路径控制开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

纤维复合材料由于其高比强度、高比模量、耐腐蚀和可设计性好等一系列优点在制造业中得到普遍认可，其正成为现代制造业的主要结构用材。然而复合材料构件制造的高成本和低生产率严重阻碍了复合材料在工业领域的更广泛应用。由此，对已有主要材料体系的全自动制造技术的研究就显得尤为重要。近些年来，各种复材制造技术应用而生，其中，纤维铺放技术在高性能复合材料零件制造中的应用引起了各界的广泛关注。

复合材料纤维铺放技术是作为对纤维缠绕和自动铺带技术的改革而发展起来的一种全自动复合材料加工技术，也是近年来发展最快、效率最高的复合材料自动化成型制造技术之一，它突破了纤维缠绕的一些限制，具备更加灵活的适用性。其工艺是在纤维铺放机上把纤维平行集束成纤维带后制成多个预浸丝束，并通过纤维铺放机铺放头上的压头，把预浸丝束铺压到芯模或模具表面上。根据铺放的种类，可分为纤维铺带成型技术和纤维铺丝成型技术。

目前，纤维铺放技术在以美国为代表的西方国家已经开始了装备技术、材料技术和cad/cam软件技术的研究，并且得到了应用。经过近40年的发展，美国在自动铺带方面走在世界前列，技术相对成熟、完善。90年代后期，欧洲国家也纷纷开始研制用于制备小曲率复材构件的自动铺带机，如法国forest-line公司研制的双向铺带头技术和西班牙m-torrest公司研制的11轴铺带机都对曲面铺放技术有深入革新。美国飞机制造商vought公司最先将自动铺带机技术运用发挥到极致，生产的复材构件范围横跨军民用航空领域，产品包括民用商务客机以及军用产品，如全球鹰rq-4b大展弦比机翼等许多小曲率复材构件；波音公司于上世纪80年代也开始将相对成熟的铺带技术大量用于生产b2轰炸机的复材构件，后来又用于navya6轰炸机机翼、f-22战斗机机翼和波音777、787“梦想”飞机机翼上下安定面蒙皮的生产。

2. 研究的基本内容与方案

纤维铺放路径规划的目的是为了使铺放终端在允许的误差范围内按照预定轨迹到达各个铺放点，并将纤维丝束铺叠在规划的路径上，铺放路径不同，纤维丝束的走向也不同，从而导致成型构件的结构和力学性能也不相同。根据构件的结构及力学性能分析所规划出的路径是最适宜、最经济的路径，它能最大限度的利用纤维材料纵向强度高，强重比大的优点。

纤维铺放路径控制的基本内容是：针对复合材料零件结构设计确定的几何形状、铺层方向和成型精度要求，并考虑铺放加工参数，合理规划、计算铺放轨迹、轨迹点丝束数量、纤维重叠与间隙面积等铺放信息，计算的铺放轨迹还要与仿真软件包集成，以确保计算结果可被铺放设备理解和正确执行。铺放路径设计的合理与否将直接影响到最终成型构件的质量，铺放构件结构性能的可设计性即体现于此。

本次研究从纤维铺放技术的发展及应用现状的分析出发，了解掌握纤维铺放原理；学习复合材料力学与结构设计，对不同纤维铺放路径分析其力学性能的变化，并且有针对性的对某一构件的铺放路径进行优化设计；掌握纤维铺放路径的控制方法，选用pmac控制卡实现对铺放路径的有效控制。

3. 研究计划与安排

第1周：熟悉课题，搜集整理相关资料，查阅文献；

第2周：查阅外文文献，并开始文献翻译；

第3周：撰写开题报告初稿，完成资料翻译工作；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 刘雄亚,谢怀勤.复合材料工艺及设备.武汉：武汉工业大学出版社，1994

[2] 矫桂琼,贾普荣.复合材料力学.西安：西北工业大学出版社，2008

[3] 陈建桥.复合材料力学概论.北京：科学出版社，2006