复合材料回转壳体纤维缠绕角度设计及试验验证

摘要

随着碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic, CFRP）及其制造工艺的发展，可设计性较强的CFRP产品用来替代金属结构以实现轻量化设计，受到更多设计者的关注.以CFRP回转壳体为研究对象，基于ABAQUS建立CFRP回转壳体有限元分析模型，探讨缠绕角度对结构力学性能的影响，并设计了两种纤维缠绕方案.通过拉伸性能分析、压缩性能分析以及加速度过载性能分析对设计结构进行强度校核，最终确定以[90°/（90°/±20°/±45°）2/90°/±20°/90°/±45°/90°]_s为成型方案.采用干法缠绕工艺对该方案的CFRP回转壳体进行制作，通过试验法进行对比验证.结果表明：纤维缠绕角度为0时，CFRP回转壳体抗压性能最优；抗拉强度/模量偏差率为24.23%/18.71%,抗压强度/模量偏差率为9.56%/18.62%,过载强度模量偏差率为3.22%/2.72%,验证了有限元模型具备一定的准确性；根据安全系数计算可知，该纤维缠绕设计方案能够达到技术性能指标要求.

关键词

碳纤维复合材料 / 回转壳体 / ABAQUS / 有限元 / 纤维缠绕角度