纖鋪層間強度研究
       利用自動纖維鋪放技術加工的復合材料構件，其基體材料的性能指標由加熱工藝參數和冷卻工藝參數共同決定；其整體性能指標還與鋪層間強度有關，即與任意相鄰兩鋪層熔合后所能達到的鋪層間強度有關。鋪層間強度受到兩鋪層間緊密接觸程度、兩鋪層熔合時分子滲透距離及纖維鋪放壓力三方面因素的共同影響。

鋪層間緊密接觸度被定義為：在任意給定時間，兩鋪層接觸面積占鋪層面積總面積的百分比，與溫度、壓力、接觸時間有關。由于表面粗糙度的原因，預浸絲或預浸帶表面與鋪層表面（或芯模表面）的微觀幾何形貌為不規則體，在未加熱和未施加壓力的條件下，預浸絲或預浸帶表面與鋪層表面（或芯模表面）不可能完全接觸。為理論計算方便，國外研究人員首先將不規則的微觀幾何體簡化成大小不同的矩形（指截面），然后再將上述矩形簡化成大小相同的矩形。纖維鋪放過程中，在加熱到一定溫度時，當壓輥對預浸絲或預浸帶施加一定的鋪放壓力后，預浸絲或預浸帶與鋪層表面（或芯模表面）的突起的矩形將發生變形，矩形高度將減小，寬度將增大，然后根據這一模型，建立計算鋪放壓力與鋪層間緊密接觸度之間的函數關系。將現行的粗糙度評價指標融入上述計算模型中，可顯著提高實際應用的方便程度。圖2為鋪層表面微觀幾何形貌及簡化模型示意圖。

       鋪層間熔合是指相鄰兩鋪層表面，當加熱到溫度高于自身基體熔化溫度時，并在一定的鋪放壓力作用下，會發生一鋪層表面的分子向另一鋪層擴散的現象。分子擴散的距離決定了鋪層間強度，這與溫度、壓力與擴散時間有關。基于鏈的塌滑理論，研究人員分別對等溫條件下與非等溫條件下，熱塑性聚合物的熔合模型進行了研究，建立鋪層間強度與鋪放溫度、鋪放壓力之間的函數，找出熔合所需的最佳時間，為纖維鋪放過程提供壓輥壓實的時間參數。
 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間來決定。研究人員對此建立了二維的可壓縮的牛頓流體模型，對壓輥及所接觸鋪層的壓力場分布進行了較為深入的研究。此外，鋪放壓力還影響基體材料的孔隙率，目前所見文獻，僅通過試驗的對比進行了定性研究，定量研究未見報道。

纖維鋪放軌跡規劃算法研究

鑒于自動纖維帶鋪放主要用于加工形狀簡單的平板類或類平板類復合材料構件。這里所研究的纖維鋪放軌跡規劃算法主要針對自動纖維絲鋪放而言。由于自動纖維絲鋪放設備具有可靈活操作的鋪放頭及鋪放所采用的預浸纖維絲寬度窄等特點，可用于加工形狀復雜的自由曲面復合材料構件。

 目前，在實際生產中，應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。基于上述鋪層，針對不同形狀的復合材料構件，國內研究人員提出了不同的軌跡規劃算法。例如，針對自由曲面復合材料構件，研究了基于等距線、等分點原理的2 種軌跡規劃算法；針對S 形進氣道，在分析等鋪放角法和等距偏置法2 種軌跡規劃方法的基礎上, 提出基于纖維帶邊緣曲線的軌跡規劃方法及將等鋪放角法和等距偏置法2 種軌跡規劃方法相結合, 提出以曲線在曲面內等距偏置為核心的鋪放軌跡優化方法。

荷蘭代爾夫特理工大學的研究人員提出了“變剛度”鋪層鋪放的概念，這類鋪層剛度的變化是由于鋪放角度的不斷變化所導致的，針對變角度纖維鋪放，他們研究了測地線方式、常曲率方式及角度線性變化方式的軌跡規劃算法。自動鋪帶軌跡規劃中采用的測地線算法，也可歸為變角度纖維鋪放。

針對不同類型的自由曲面復合材料構件，在纖維鋪放過程中，如何避免或減少除構件邊緣外的剪切和重送，是軌跡規劃算法研究的一個主要出發點。因為復合材料構件鋪層內部過多的剪切與重送，一方面會對復合材料構件的外形精度和各項性能產生影響，另一方面會使纖維鋪放過程的復雜程度加劇，不利于生產效率的提高。由于軌跡規劃算法直接影響所形成鋪層的力學特性，滿足鋪層力學特性的需要，也是設計和研究軌跡規劃算法的一個主要出發點。

目前，我們提出了一種新的變角度軌跡規劃算法，可實現錐殼類零件、外殼類零件及變截面接頭類零件的加工制造，如圖3所示。變角度軌跡規劃算法在上述零件的具體實現中，其最大優點是避免了除零件端面外的剪切與重送，可簡化纖維鋪放過程，提高加工效率。同時，改變初始鋪放角，還可以改變零件的固有頻率，對改善整體系統的共振，具有一定的作用。

鋪層特性研究

 鋪層特性研究主要針對復合材料構件在不同的工況條件下，對其進行靜力學分析或動態響應分析，通過分析結果，對鋪層進行優化，以得到滿足設計要求的鋪層為最終目標。

 纖維的變角度鋪放是一種新型的軌跡規劃算法，此算法可增大復合材料構件鋪層設計的靈活性，充分利用復合材料的方向特性來滿足設計要求。目前，國外研究人員主要針對這種變角度鋪層進行深入研究。首先，針對變角度鋪放制造的平板、類平板或平板上帶孔結構，進行了靜力學分析，研究了在拉伸載荷作用下，這類結構的承載能力，結合分析結果，對鋪層角進行優化，優化后的鋪層，較傳統定角度鋪放制造的鋪層，各項性能指標都有明顯的提高。其次，針對變角度鋪放制造的圓柱殼和圓錐殼，重點研究了鋪放角對其固有頻率的影響。通過改變纖維鋪放角，可改變殼體的固有頻率，在實際應用中，對避免整體系統的共振具有積極的意義。

國內對于變角度鋪層結構的研究較少。從發表的文獻來看，國內學者對于變角度鋪層結構的研究基本處于起步階段。目前，國內的研究重點仍集中在固定角度直線鋪層力學特性的分析上，通過改變纖維鋪放角的固定角度及改變不同角度值鋪層之間的層疊順序來提高鋪層的力學特性；并且這類研究主要針對平板或平板帶孔類結構，對殼體類結構的研究較少。
 

鋪層特性研究與鋪放軌跡規劃算法研究，二者是密不可分的，一方面，鋪層特性研究為鋪層軌跡規劃算法的合理性提供了理論支持；另一方面，軌跡規劃算法又為鋪層特性研究提供了多種的選擇性。