Mechanical Properties of Thermoplastic Variable-Angle Composite Laminations for Conical Shells

Abstract

Thermoplastic composite automated fiber placement technology, as one of the extreme manufacturing technologies for large or extra large composite components with complex surface shapes, has been widely used in the field of aerospace vehicles. This paper takes 8 lamination groups with different initial placement angles generated by the conical shell variable angle placement algorithm as research objects. Variable angle placement algorithm for conical shell and finite element model establishment method for thermoplastic composite laminations of variable angle with different initial placement angles are presented. Static, modal and buckling analyses are conducted for each group. The results show that stress-strain relation, modal and buckling strength of variable-angle laminations vary regularly with the initial placement angle.

Технология автоматической укладки термопластичного композитного волокна, являющаяся одной из радикальных технологий получения больших или очень больших компонентов композитов с комплексными формами поверхности, широко используется в авиационно-космической промышленности. В качестве объектов исследования использовали восемь групп слоистых материалов с различными углами конструктивного размещения, которые были созданы с помощью алгоритма размещения переменного угла конической оболочки. Представлены алгоритм размещения переменного угла для конической оболочки и модель на основе метода конечных элементов для термопластичных слоистых композитов с переменным углом. Для каждой группы материалов проведены статистический анализ, исследование методом разложения по собственным формам и расчет устойчивости. Установлено, что зависимость напряжение–деформация, модальная прочность и прочность при продольном изгибе слоистых материалов с переменным углом периодически изменяются в зависимости от угла конструктивного размещения.

Технологія автоматичного укладання термопластичного композитного волокна, що є однією з радикальних технологій отримання великих або дуже великих компонентів композитів із комплексними формами поверхні, широко використовується в авіаційно-космічній промисловості. Об’єктом дослідження слугували вісім груп шаруватих матеріалів із різними кутами конструктивного розміщення, які отримано за допомогою алгоритма розміщення змінного кута конічної оболонки. Представлено алгоритм розміщення змінного кута для конічної оболонки і модель на основі методу скінченних елементів для термопластичних шаруватих композитів зі змінним кутом. Для кожної групи матеріалів проведено статистичний аналіз, дослідження методом розкладання за власними формами і розрахунок стійкості. Установлено, що залежність напруження–деформація, модальна міцність і міцність при поздовжньому згині шаруватих матеріалів зі змінним кутом періодично змінюються в залежності від кута конструктивного розміщення.