丝束变角度层合板频率性能的参数化分析与优化

为有效设计丝束变角度(VAT)层合板的频率性能,首先基于纤维方向角的线性变化定义建立了VAT层合板参数化有限元模型,开展了VAT层合板频率性能的参数化研究;其次,基于纤维轨迹的周期性特征,对比分析了VAT层合板不同长宽比和厚度对频率性能的影响;最后,结合序列响应面方法,完成了不同边界下最优化VAT层合板频率特性的纤维轨迹参数设计。计算结果表明,VAT层合板的一阶频率基本不受纤维参考方向角影响,而优化纤维参考方向角能有效提高一二阶频率带隙;特征长度对频率特性的影响随长宽比增大而衰减;越薄的VAT层合板其频率特性受纤维轨迹的影响越大。研究结果为VAT层合板的频率性能设计提供了参考。

丝束变角度层合板屈曲性能的参数化研究

通过选择合适的纤维轨迹,丝束变角度(VAT)层合板相对于直纤维层合板能拥有更好的抗屈曲特性。为研究纤维轨迹特征长度和定向坐标系偏角对VAT层合板屈曲性能的影响,首先对原始的纤维角度线性变化方法进行改进,提出了一种纤维角度分段线性变化方法,拓展了纤维轨迹的设计空间;其次,采用改进后的纤维轨迹定义方法构建了一系列变刚度层合板;最后,基于有限元方法,从内力分布角度对变刚度层合板不同承载情况下的屈曲性能进行研究和探讨。数值结果表明:单向轴压工况下,采用半边长的特征长度和90°偏角的纤维轨迹,能使层合板的稳定性最好;双向轴压工况下,应将特征长度和定向坐标系偏角作为额外的设计变量,并通过优化获得最优的纤维轨迹。