用于制作变曲率碳纤维增强塑料（CFRP）弦杆的表面平整化方法

《Polymer Composites》：Surface Flattening Approach for Forming Variable-Curvature CFRP Stringers

变曲率碳纤维增强复合材料弦杆成型皱褶缺陷通过质量弹簧模型优化和自动化制造工艺得到有效控制，表面覆盖率提升至98%，孔隙率标准差降低至0.41%，为复杂曲率构件的高质量成型提供新方法。

　　

摘要

变曲率碳纤维增强聚合物（CFRP）弦杆在成型过程中容易产生皱褶缺陷，传统技术往往无法满足质量要求。为了减少变曲率CFRP弦杆成型过程中的皱褶缺陷，本研究提出了一种新的成型方法：首先应用三角形网格平整算法进行初步平整，然后利用质量-弹簧（MS）模型进行优化；根据优化结果，通过自动化纤维铺设（AFP）工艺制作成型毛坯；最后在自主研发的自动化滚压成型平台上生产变曲率CFRP弦杆。平整结果和成型实验表明，与初始平整方法相比，采用MS模型优化的方法能够实现更高的近净形状预测精度，弦杆的有效表面覆盖率从86%提高至98%，皱褶面积从5.06×102 mm2减少到1.21×102 mm2，厚度和内部孔隙度的标准偏差分别降低到1.5×10?2 mm和0.41%，这表明该方法显著减少了变曲率CFRP弦杆成型过程中的皱褶缺陷，并为其高质量成型提供了可行的途径和理论支持。

亮点

• 利用质量-弹簧（MS）模型对变曲率弦杆进行平整。
• 采用自动化纤维铺设和自动化滚压成型技术制备了复合变曲率弦杆。
• 利用CT检测技术测量了复合变曲率弦杆的孔隙度。
• 由预浸料制成的复合变曲率弦杆具有较高的成型表面质量。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。