激光辅助自动铺纤成型中考虑层间剪切强度和翘曲的激光热流分布多目标优化

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激光辅助自动铺纤成型（LAFP）原位固化工艺在工业领域具有巨大应用潜力，但其工程应用受到制件层间剪切强度（ILSS）低和翘曲问题的制约。本研究采用非支配排序遗传算法-II（NSGA-II）对激光热流分布进行优化，以提高LAFP原位固化碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）层合板的层间剪切强度并降低翘曲。建立了LAFP工艺中激光热流分布计算模型，创建了热-力耦合有限元分析模型。基于计算得到的温度历史数据，采用NSGA-II算法对激光热流分布进行优化。将优化参数用于铺纤实验，测量CF/PEEK层合板的层间剪切强度和翘曲量。优化后，在铺纤速度100 mm/s、固化力300 N条件下，最大层间剪切强度达到81.46 MPa，相当于同材料热压成型（90 MPa）的90.5%。此外，可通过牺牲6.6%的层间剪切强度来显著降低中心轴翘曲（降低37.6%）。研究提出了激光空间位姿和激光功率的反演设计方法，建立了层间剪切强度与翘曲的耦合优化方法，开发了考虑激光热流载荷的LAFP热-力耦合模型。

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