鋪層間熔合是指相鄰兩鋪層表面，當(dāng)加熱到溫度高于自身基體熔化溫度時(shí)，并在一定的鋪放壓力作用下，會(huì)發(fā)生一鋪層表面的分子向另一鋪層擴(kuò)散的現(xiàn)象[17]。分子擴(kuò)散的距離決定了鋪層間強(qiáng)度，這與溫度、壓力與擴(kuò)散時(shí)間有關(guān)。基于鏈的塌滑理論，研究人員分別對(duì)等溫條件下與非等溫條件下，熱塑性聚合物的熔合模型進(jìn)行了研究，建立鋪層間強(qiáng)度與鋪放溫度、鋪放壓力之間的函數(shù)，找出熔合所需的最佳時(shí)間，為纖維鋪放過(guò)程提供壓輥壓實(shí)的時(shí)間參數(shù)[21-24]。

在溫度一定的條件下，鋪層間的緊密接觸度與鋪層間熔合由鋪放壓力和施壓時(shí)間來(lái)決定。研究人員對(duì)此建立了二維的可壓縮的牛頓流體模型，對(duì)壓輥及所接觸鋪層的壓力場(chǎng)分布進(jìn)行了較為深入的研究[7]。此外，鋪放壓力還影響基體材料的孔隙率，目前所見(jiàn)文獻(xiàn)，僅通過(guò)試驗(yàn)的對(duì)比進(jìn)行了定性研究，定量研究未見(jiàn)報(bào)道。

纖維鋪放軌跡規(guī)劃算法研究

       鑒于自動(dòng)纖維帶鋪放主要用于加工形狀簡(jiǎn)單的平板類(lèi)或類(lèi)平板類(lèi)復(fù)合材料構(gòu)件。這里所研究的纖維鋪放軌跡規(guī)劃算法主要針對(duì)自動(dòng)纖維絲鋪放而言。由于自動(dòng)纖維絲鋪放設(shè)備具有可靈活操作的鋪放頭及鋪放所采用的預(yù)浸纖維絲寬度窄等特點(diǎn)，可用于加工形狀復(fù)雜的自由曲面復(fù)合材料構(gòu)件。

目前，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用最為廣泛的是采用定角度纖維鋪放所制造的0°鋪層、45°鋪層和90°鋪層[25-29]?；谏鲜鲣亴?，針對(duì)不同形狀的復(fù)合材料構(gòu)件，國(guó)內(nèi)研究人員提出了不同的軌跡規(guī)劃算法。例如，針對(duì)自由曲面復(fù)合材料構(gòu)件，研究了基于等距線、等分點(diǎn)原理的2 種軌跡規(guī)劃算法；針對(duì)S 形進(jìn)氣道，在分析等鋪放角法和等距偏置法2 種軌跡規(guī)劃方法的基礎(chǔ)上, 提出基于纖維帶邊緣曲線的軌跡規(guī)劃方法及將等鋪放角法和等距偏置法2 種軌跡規(guī)劃方法相結(jié)合, 提出以曲線在曲面內(nèi)等距偏置為核心的鋪放軌跡優(yōu)化方法。
荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的研究人員提出了“變剛度”鋪層鋪放的概念，這類(lèi)鋪層剛度的變化是由于鋪放角度的不斷變化所導(dǎo)致的，針對(duì)變角度纖維鋪放，他們研究了測(cè)地線方式、常曲率方式及角度線性變化方式的軌跡規(guī)劃算法[30-32]。自動(dòng)鋪帶軌跡規(guī)劃中采用的測(cè)地線算法，也可歸為變角度纖維鋪放。

 針對(duì)不同類(lèi)型的自由曲面復(fù)合材料構(gòu)件，在纖維鋪放過(guò)程中，如何避免或減少除構(gòu)件邊緣外的剪切和重送，是軌跡規(guī)劃算法研究的一個(gè)主要出發(fā)點(diǎn)。因?yàn)閺?fù)合材料構(gòu)件鋪層內(nèi)部過(guò)多的剪切與重送，一方面會(huì)對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件的外形精度和各項(xiàng)性能產(chǎn)生影響，另一方面會(huì)使纖維鋪放過(guò)程的復(fù)雜程度加劇，不利于生產(chǎn)效率的提高。由于軌跡規(guī)劃算法直接影響所形成鋪層的力學(xué)特性，滿(mǎn)足鋪層力學(xué)特性的需要，也是設(shè)計(jì)和研究軌跡規(guī)劃算法的一個(gè)主要出發(fā)點(diǎn)。

       目前，我們提出了一種新的變角度軌跡規(guī)劃算法，可實(shí)現(xiàn)錐殼類(lèi)零件、外殼類(lèi)零件及變截面接頭類(lèi)零件的加工制造，如圖3所示。變角度軌跡規(guī)劃算法在上述零件的具體實(shí)現(xiàn)中，其最大優(yōu)點(diǎn)是避免了除零件端面外的剪切與重送，可簡(jiǎn)化纖維鋪放過(guò)程，提高加工效率。同時(shí)，改變初始鋪放角，還可以改變零件的固有頻率，對(duì)改善整體系統(tǒng)的共振，具有一定的作用。

鋪層特性研究

鋪層特性研究主要針對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件在不同的工況條件下，對(duì)其進(jìn)行靜力學(xué)分析或動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析，通過(guò)分析結(jié)果，對(duì)鋪層進(jìn)行優(yōu)化，以得到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的鋪層為最終目標(biāo)。