基于中心复合设计响应面法的自动纤维铺放工艺参数优化

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自动纤维铺放(AFP)工艺中的缺陷直接影响预浸料粘结强度，导致产品性能不达预期。工艺参数选择不当是造成铺放缺陷的主要因素之一。然而，影响铺放质量的参数存在显著不确定性，且现有研究很少采用响应面法考虑参数间的相互作用。目前获得准确的工艺参数组合主要依赖实验，耗时且消耗材料，且难以深入研究参数间的相关性。本文以搭接剪切强度(LSS)为优化目标，建立了AFP工艺参数优化方法，实现高质量、高强度的铺放过程控制。首先，通过分析AFP工艺缺陷成因，建立了综合质量评价体系。其次，采用中心复合设计(CCD)响应面方法有效优化工艺参数，揭示各因素间的相互作用规律。建立了四个工艺参数与铺放质量的二次多项式回归预测模型，基于回归方程获得最优铺放质量对应的工艺参数组合。随后，利用响应面实验的30组工艺参数制备搭接试样进行拉伸测试，研究了不同工艺条件下纤维束的搭接剪切强度。实验结果与响应面分析结果相符。最后，通过分析质量评价曲线和载荷-时间曲线，发现AFP质量评价得分与LSS的变化趋势基本一致。数据分析表明，采用优化参数对应的高质量评分样品的铺放具有更高的搭接剪切强度和更少的缺陷。因此，本文提出的铺放质量评价体系是优化AFP工艺参数的有效可靠方法。

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