胡俊教授团队在复合材料构件成型方法与胶接工艺研究上取得新进展

    近日，东华大学人工智能研究院胡俊教授团队在复合材料构件成型路径规划研究上取得了新进展，相关研究成果以“Design of a composite truncated elliptical rotary shell based on variable-angle trajectories”在线发表在Composite Structures（中科院分区1区，TOP期刊，IF 5.407，https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.115772）期刊上。论文的第一作者为东华大学机械工程学院博士研究生陆九如，通讯作者为胡俊教授。

 该研究工作以空隙与堆叠缺陷为约束条件，建立了椭圆回转壳体变刚度纤维铺放路径的微分方程，搭建了基于机器人的柔性纤维铺放实验装置，实现了椭圆回转曲面纤维均匀覆盖和参数化设计（如图1所示）。论文研究了三种工艺参数（纤维宽度、偏移距离和纤维数量）对纤维铺放路径方向、横向曲率、纵向曲率、空隙与堆叠缺陷分布的影响规律，发现纤维数量对结构内部主应力和Mises应力分布有着显著影响，通过改变纤维数量参数可以实现对椭圆回转壳体结构性能的设计和调控。

图1复合材料构件自动化铺放

 (a)实验装置(b)路径规划(c) 空隙与堆叠缺陷分析

 胡俊教授团队在碳纤维复合材料与铝合金胶接工艺研究上也取得了新进展，相关研究成果以“Experimental study of CFRP laser surface modification and bonding characteristics of CFRP/Al6061 heterogeneous joints”正式发表在Composite Structures（2022.283(3):115030）期刊上。论文的第一作者为东华大学机械工程学院博士研究生徐路遥，通讯作者为胡俊教授。在这项工作中，采用激光在碳纤维复合材料表面上加工出不同纹理，通过对表面微结构的物理化学性能和连接件失效形式分析，结合碳纤维复合材料的激光烧蚀机理，建立激光工艺参数-纹理类型-胶接性能的映射关系。发现异质接头的胶接强度与加工后碳纤维裸露密度和面积相关，且纹理单元微沟槽深度存在极值，从而提出来环形纹理的织构方案，有效提升了复合材料与异质金属的胶接强度，具体工作见图2。

 图2复合材料与铝合金接头胶接工艺

(a)激光加工复合材料实验装置示意图(b) 胶接件力学测试示意图  

(c) 失效形式分析(d) 胶接强度分析

 上述工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费重点课题、机械系统与振动国家重点实验室、上海高性能纤维复合材料协同创新中心和上海市轻质结构复合材料重点实验室等开放课题的资助。