和欣辉，韩小平

(1 西北工业大学 力学与土木建筑学院，西安 710129；2 西安交通大学 机械结构强度与振动国家重点实验室，西安 710049)



纤维缠绕复合材料起伏区域残余应力

和欣辉1,2，韩小平1,2

(1 西北工业大学 力学与土木建筑学院，西安 710129；2 西安交通大学 机械结构强度与振动国家重点实验室，西安 710049)

针对纤维交叉起伏区域残余应力，建立一种细观分析模型。基于热传导方程、固化反应动力学模型和复合材料层合理论，采用有限元方法和细观分析模型，对缠绕复合材料在固化工艺过程中的残余应力分布及其变化规律进行数值模拟。通过算例，研究纤维起伏区域残余应力的分布特点，结果表明：起伏纤维束不同位置处残余应力差别很大，层合区纤维束呈现拉应力状态，起伏区纤维束呈现压应力状态，富树脂区出现最大压应力；残余应力沿纤维束起伏方向呈现V型变化趋势，在纤维束上不同位置出现拉、压不同的应力状态，起伏角度最大处出现最大压应力。

纤维缠绕复合材料；固化过程；残余应力；纤维束交叉起伏；细观模型

在缠绕复合材料制造过程中，固化温度和不同的固化周期直接影响树脂体系的固化程度，在固化和降温过程中会产生残余应力。复合材料中残余应力同时存在于树脂、纤维以及树脂和纤维界面间。纤维缠绕过程中还会出现一种特殊情况，即不同缠绕方向的纤维铺层交叉起伏，在局部区域形成富树脂区，当固化后冷却时，此处更易引起热收缩和残余应力，并且其尺度范围会明显影响残余应力的形成及分布。……