万建平 朱春生 马军 李燕银

【关键词】复合材料 铺丝成型 FEM

1 引言

复合材料自动铺丝成型技术（Automated Fiber Placement）综合了自动铺带（ALT）和纤维缠绕（FW）的优点，适应了复杂曲面多变的要求，为复杂曲面成型制造提供了一种极佳的方法，属于国际前沿技术，在航空、航天领域有着广泛的应用。美国全球鹰无人机的发动机整流罩（图1（a）所示）与X-47B舰载无人机的蛇形进气道（图1（c）所示）都采用了AFP成型技术。

下面将剖析环形复杂曲面铺丝时的模具形变机理，并通过有限元法加以分析。

2 AFP成型时环形曲面模具形变的来源及其影响

2.1 AFP成型时环形曲面模具形变的来源

（a）所示的是S形进气道成型模具，（b）所示的是蛇形进气成型模具。那么對它们进行AFP成型时，旋转轴放置在AFP系统的回转支架上，由AFP伺服电机驱动并进行AFP成型操作。根据AFP成型时的形变来源不同，模具形变分为三类；静态形变、动态形变和载荷形变。

AFP成型时大多使用钢模，即使采用空心结构，重量仍然较大。模具在自身重力作用下的形变，称为静态形变；环形类曲面进行回转铺丝成型时，模具在离心力的作用下发生的形变，称为动态形变，例如，由于严重的不对称性，同样铺放参数条件下，图2所示的蛇形进气道模具动态形变将会比S形进气道模具大很多；由于AFP成型不可避免需要铺丝头的滚压作用，滚压力带来的模具变形，称为载荷形变。

2.2 三种形变的影响

AFP成型的产品形变由成型和固化两个阶段决定，控制成型时的形变是基础，是本研究的重点，在此需要分析其对最终产品形变的影响。……