仿生设计与流线曲面在碳纤维复合材料风扇叶片中的耦合应用

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碳纤维复合材料风扇叶片（CFCFB）因密度低、强度高而逐步应用于航空航天领域，但传统CFCFB在离心力和气动弯曲应力作用下的弯曲性能受限。本研究设计了仿生梯度双螺旋结构（BGDTS），由不同模量碳纤维预浸料梯度结构（受腹足蟹螯尖端启发）和双螺旋铺层结构（受腔棘鱼鳞片启发）组成。通过对不同结构和材料层板的弯曲性能测试，采用三维Hashin失效准则进行仿真分析。实验和仿真结果表明，仿生梯度双螺旋结构层板（BGDTSL）具有最优弯曲性能，峰值弯曲力达1125.12 N。三维扫描测试验证了CFCFB的优异成型精度（成型精度小于0.56 mm）。采用BGDTS结构的CFCFB在叶尖、中部和叶根处的峰值弯曲力分别为7022 N、3327 N和5184 N，相比采用T800碳纤维的传统结构CFCFB（TS-CFCFB@T800）分别提高了9.27%、4.59%和14.31%。本研究为设计和制造更适应航空工程需求的精细结构CFCFB提供了有效途径。

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