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Updated: Sep 10, 2025
10:09
Operation of the Collaborative Composite Manufacturing CCM System
Published on: October 1, 2019
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基于Abaqus的激光覆盖连续碳纤维增强基复合工艺的研究
Pengtao Zhang1, Xiaole Cheng1, Yuanyuan Deng2
1School of Mechanical and Electrical Engineering, Xi'an Polytechnic University, Xi'an 710043, China.
Materials (Basel, Switzerland)
|August 28, 2025
概括
这项研究优化了碳纤维增强复合材料的激光覆盖,找到最佳参数以最大限度地减少热扭曲和纤维降解. 介层显著提高了航空应用的热稳定性和接口强度.
科学领域:
- 材料科学
- 制造工程
- 计算力学
背景情况:
- 连续碳纤维增强复合材料 (Cf/Al) 的激光覆盖面临诸如界面应力,纤维降解和由于快速热梯度而导致的几何不稳定等挑战.
- 优化激光覆盖工艺对于生产高性能Cf/Al复合材料至关重要.
研究的目的:
- 开发和验证用于模拟Cf/Al复合材料激光覆盖过程中的多物理相互作用的计算模型.
- 确定最优的过程参数窗口,最大限度地减少热扭曲并增强接口属性.
- 量化评估间层对纤维降解的保护作用,并改善负载传递.
主要方法:
- 在Abaqus中开发了一种带有双圆形热源的热弹性塑料有限元模型,该模型包含相位依赖的材料特性和潜在热效应.
- 对单轨沉积进行了模拟,分析了非涂层和Ni涂层纤维配置的短暂温度场,残余应力和界面行为.
- 进行实验验证,以确认模型的预测准确性,并评估涂Cf/Al复合材料的性能.
主要成果:
- 确定了一个最佳的激光板参数窗口 (激光功率为700800W,扫描速度为2mm/s,点半径为3mm),将热扭曲降低到5%以下.
- 间层在1200°C降低了42%的纤维降解,并提高了34.7%的界面负载传递效率,将矩阵拉力应力降低到159 MPa.
- 涂层系统表现出优异的热稳定性 (温度差 < 12.6 °C) 和机械互锁,界面空隙分数低于 8%.
结论:
- 这项研究建立了Cf/Al复合材料缺陷控制制造的工艺结构联系框架.
- 开发的有限元模型作为先进复合材料的航空级制造的数字双胞胎方法.
- 优化的间层激光覆盖显著提高了碳纤维增强复合材料的性能和可靠性.
