航空复杂结构纤维预制体成型工艺与复合材料性能仿真研究进展

航空发动机叶片、机匣等复合材料结构内部纱线在纤维预制体赋形过程中，纤维束间会发生挤压、错动、扭转等相互作用，使得经纬纱线截面形态、体积含量和走向轨迹呈现不规则分布，这种复合材料细观结构的高度非均匀性极易引起材料内部应力集中，导致损伤发生，降低结构的可靠性，同时也大大增加了复合材料结构力学性能分析与评价的难度。从纤维预制体成型工艺过程仿真、细观几何建模以及力学性能数值分析3个方面入手，总结和评述了目前先进复合材料及其复杂结构力学响应分析方法的研究现状，重点介绍了数字单元法在针刺复合材料和三维机织复合材料纤维预制体成型工艺过程仿真方面的应用，概述和评价了考虑复合材料真实结构状态的细观建模和力学性能预示方法研究现状。针对航空复合材料复杂结构在制造工艺与力学性能数值仿真研究面临的问题与挑战，提出了结合虚拟纤维成型工艺模拟，建立复杂结构数据驱动高效多尺度分析方法的研究思路，揭示复合材料结构成型工艺–细观结构–宏观力学性能之间的映射关系，为优化复合材料结构制造工艺，进一步实现航空复合材料装备的数字化技术提供理论支撑。