血管支架预制件的六角形三维虚拟编织

为解决六角形三维编织血管支架的编织工艺复杂、开发周期长的问题,提出了基于MatLab编程的支架三维虚拟编织方法,以快速完成编织工艺开发。首先,基于六角形编织机底盘的结构特点,对底盘单元进行坐标数值化,从而可将支架编织的工艺和工序转换为不同时刻下携纱器在底盘上的XY平面坐标和运动信息以及纱线在芯棒上的高度坐标z值,并应用数值计算方法进行连接和拟合,建立纱线空间轨迹的数学模型,得到虚拟支架的三维基本形态。然后,将编织支架的三维形态展开为二维形态,分析二维平铺形态下单向支架沿螺旋方向缠绕的特点,应用线性方程组求解纱线的交织点坐标,并通过层内和层间的纱线交织关系判断得到各交织点的交织类型。最后,通过方程修正得到具有六角形编织特征的纱线波动方程,进一步建立了具有纱线立体交织特征的虚拟支架实体化数学模型。经不同编织工艺的支架虚拟仿真实验,将虚拟支架与其实物进行比较发现,虚拟支架均能准确直观地表达实物的几何特征和交织特征。由此验证了虚拟仿真建模的正确性,有利于六角形三维编织工艺的快速开发。     

T形截面三维编织复合材料细观结构分析及弯曲性能预测

根据矩形组合截面三维编织复合材料四步法编织原理,分析了T形截面编织物的纱线运动规律,按照载纱器的水平运动规律确定了纱线的空间运动轨迹,并用控制体积法建立T形截面交接区域的特殊细观结构模型。在假设纱线截面为椭圆形等理想状态下,建立了编织工艺参数之间的数学关系。运用弯曲刚度合成法预测了T形截面三维编织复合材料的弯曲性能,用MatLab编写了弯曲模量的计算程序。结果表明：弯曲模量随编织角的增大而减小,随纤维体积含量的增加而增大,三维五向T形截面梁的弯曲性能优于三维四向的。最后将预测结果与实验结果进行比较分析,结果证实用弯曲刚度合成法预测T形截面三维编织复合材料的弯曲性能是可靠的。     

用于三维编织可控增减纱的携纱器设计

为减少三维编织过程中的人工参与,提高三维编织的自动化程度进而提高编织效率,通过介绍三维变截面预制件现有的行列单元增减纱工艺和整行、整列增减纱工艺以及自身可以实现增减纱的携纱器设备,来比较现有变截面编织工艺和设备的优缺点,在此基础上提出了一种能够利用液氮的物理特性并结合刀片的剪切作用通过无线控制来实现自动增减纱的新型携纱器。讲述了该新型携纱器各功能模块的作用,并结合设计图描述了其增减纱的工作过程,举例说明了利用该新型携纱器进行编织的编织工艺,指出该新型携纱器的应用与编织工艺的结合会大大提高变截面编织的灵活性,具有较好的应用前景。     

三维异型整体编织底盘控制系统的设计

为提高三维异型整体编织技术的自动化程度,进而提高编织效率,通过介绍编织底盘装置的工作原理,提出了一种底盘控制系统。该控制系统利用DMC5400A型四轴轨迹卡控制4组步进电动机驱动整行(列)携纱器纵横步进循环运动,并结合STM32F103型微控制器控制直流电磁铁定位机构完成异型编织动作实现可控增减纱携纱器工作。选用IOC1280 10型扩展卡控制位置传感器实现底盘运动状态检测,利用MFC中基于对话框的应用程序开发的操作界面实现对多种异型预制件自动编织。对底盘控制系统的硬件组成和异型编织的工作过程进行试验验证。结果表明,利用这种底盘控制系统结合人机交互界面所进行的编织工艺,可实现异型预制件的自动编织具有较高的应用价值。     

新型三维编织机携纱器结构设计

目前,市场上编织出的变截面预制件都是在底盘运动过程中增加或减少携纱器的数量而形成的,而不是通过携纱器本身装置来实现。设计出一种自身装有增减纱装置的新型携纱器,该携纱器在运动的过程中可实现增纱或减纱,不需要改变携纱器的数量就能编织出变截面预制件。     

基于减纱技术的三维编织携纱器的设计

介绍了三维编织减纱技术及应用其实现变截面预制件编织的原理,比较了增减锭子数量和改变纤维束数量等不同减纱技术在实现变截面预制件编织时的优缺点,分析了基于通过改变纱线数来实现变截面编织的装置——新型携纱器的主要零部件、工作原理及工作过程。指出新型携纱器能够利用减纱技术实现变截面预制件的编织,在编织过程中显示出其优越性、快捷性、方便性,具有较大的应用市场。     

三维编织机运动仿真分析及其轨道优化设计

为研究旋转式三维编织机携纱器在对零部件编织过程中的运动情况,以便对携纱器的运动和接触进行分析,了解其对编织后的复合材料性能的影响,通过分析建立携纱器运动的理论公式,利用MatLab软件绘制携纱器的理论运动曲线,并且在SolidWorks中建立三维编织机简化后的虚拟样机分析模型,应用ADAMS软件进行运动和动力学仿真。对比理论与仿真的曲线发现,携纱器在过渡阶段出现尖点,存在较大的加速度,产生接触冲击,对编织的效果造成不良影响,进而进行携纱器运动轨道的优化设计。通过导入虚拟样机软件仿真后发现,优化后的携纱器速度曲线过渡平缓,圆滑,无尖点,且过渡处加速度小,从而减小了冲击,降低了磨损率。     

三维编织自动增减纱携纱器的研究

探讨三维编织自动增减纱携纱器的设计。分析了当前携纱器的现状,设计了一种无线控制、自动化的增减纱携纱器。介绍了增减纱装置的结构设计和工作原理,对携纱器的工程可用性进行了分析。利用塑性金属易于变形的性质,根据接收到的指令将副纱线"附着"于主纱线上,或将其从主纱线上"切除",达到改变参与编织纱线束数量的效果。认为:该携纱器能够在不改变携纱器数量和编织规律的情况下实现变截面预制件的编织,大大减少人工参与,提高了编织机的自动化水平,适用范围广,增减纱效果明显。     

基于三维打印的六角形编织物几何模型的构建

相对于传统的编织技术,六角形编织在织物形状的兼容性、纱线交织率和纱线容积率等方面具有独特的优势。为分析六角形编织物的几何结构,先按照六角形编织方法编织出圆形预制件,由六角形编织预制件编织过程中的纱线轨迹重复性和对称性特点,绘制出初始的CAD模型,再利用三维打印技术打印出对应的模型。由于三维打印实体模型具有直观性,可以较为方便地观察并分析其几何结构,利用坐标变换对初始CAD模型进行优化,得到较为接近六角形编织预制件的三维打印模型,并对六角形编织物的微观结构进行了初步分析。     

碳纤维二维编织管状织物的编织工艺

针对碳纤维在二维编织过程中不耐扭折、易受损断纱的问题,通过拉伸性能实验和导纱瓷眼折角磨损实验分析了碳纤维复丝的可编织性能,探讨了纱管在缠绕过程中应注意的问题。在24 锭二维编织机上编织了8 种不同工艺参数的碳纤维管状编织物,研究了编织工艺对织物外观起毛情况及力学性能的影响。结果表明：碳纤维复丝的断裂强度为86.39 cN/tex,断裂伸长率为1.12%,断裂强度远高于其他纤维,但延伸性差;影响碳纤维复丝在导纱瓷眼处折角磨损程度的因素依次为牵引力、折角、编织速度;在编织纱线根数不变的情况下,随编织节距的减小,管状编织物的面密度逐渐增加,起毛现象严重,编织物的拉伸断裂强力降低。     

无结网编织工艺研究

针对当前无结网成网技术中存在织物质量较差和内部纤维强度损失较大的问题,研究了一种新型无结网状织物的编织工艺。通过结合编织技术原理与无结网结构特征,分析了无结网成型原理,并以四纱网脚作为研究对象,对其网脚及网结的编织轨道形式进行了设计,进而探讨纱锭无干涉分布规律。在此基础上对纱锭无干涉分布规律进行拓展,分析了采用4个多槽口叶轮编织多纱无结网的纱锭分布规律。依据纱锭在轨道盘上的无干涉分布规律获得可行分布方案,针对某个分布方案进行无结网实物编织实验,验证了所研究无结网工艺的合理性,并确认无结网的编织工艺需综合考虑纱锭运动轨道、纱锭分布及叶轮规格的影响。     

Simulation of maypole braiding process with multi-layer interlocking yarns

A multi-layer maypole braiding simulation software has been developed. Arbitrary number of horn gears could be arranged along both circumferential and radial directions. Up to five spindles could be assigned to each gear for one axial and four radial yarns. Yarn paths were obtained by the iterative tracking of spindle movement instead of simple mathematical modeling. Spindles could migrate from one horn gear to another either on the same layer or on adjacent layers. Yarns interlocked with each other when spindle migrated between layers. With this method, two-dimensional paths of complex interlocked yarns were effectively traced, which were then converted into three-dimensional paths in consideration of the given braiding angle. Mandrel profile could be edited freely so that preforms of various shapes could be generated easily. Design variables such as total yarn length, fiber volume fraction, and building time could be calculated to be utilized for actual braiding processes.     

等覆盖率变径编织方法

针对鱼雷、炮弹等具有旋转曲面芯轴的编织型保护层覆盖率恒定的问题,提出控制芯轴牵引速度与纱锭转速的比例关系来实现等覆盖率编织的方法。基于对编织物局部结构的分析,建立编织物覆盖率与编织角、芯轴半径和芯轴锥角等编织参数的数学关系模型。首先采用逆解法求解局部编织物编织过程中的牵引速度和纱锭转速;其次应用积分原理将所求速度模型应用到整个编织物,运用MatLab 计算并分析编织点高度、编织角、牵引速度与芯轴半径之间的关系;将所得数据通过Solidworks 软件建立相应的编织物虚拟模型,并对不同部位处织物密度进行对比分析。结果表明,各个部位的织物密度基本一致,证明所建立的数学模型具有可靠性。     

三维异型整体编织底盘装置的设计

为提高三维异型整体编织的自动化程度进而提高编织效率,通过分析现有的三维异型预制件通用法和混合式样法编织工艺以及可实现异型编织的底盘设备,提出了一种利用步进电动机作为固定式导轨的驱动装置,并结合直流电磁铁在导轨两端中的定位功能,利用DMC5400A 四轴轨迹卡、IOC1280 IO 扩展卡与STM32F103 型微控制器控制实现了多种异型预制件自动编织的底盘装置。通过对编织底盘的结构组成和异型编织的工作过程进行分析测试,结果表明,利用这种底盘装置并结合其控制系统所进行的编织工艺,可实现异型预制件的柔性化织造,具有较好的应用前景。     

二维二轴编织铺层复合材料压缩性能的研究

利用二维编织机,设计编织用芯模尺寸,编织成不同层数的编织铺层复合材料。讨论多层碳纤维/环氧树脂编织铺层复合材料的压缩性能,并分析不同层数、不同编织角的编织铺层复合材料的平均压缩模量的变化规律及压缩破坏模式。结果表明,随着层数的增加,编织铺层复合材料的平均压缩模量呈下降趋势;在同一块编织铺层复合材料板内,编织角影响编织铺层复合材料的平均压缩模量,其随编织角增大而减小;编织铺层复合材料的压缩破坏模式主要是分层现象较明显,其次是树脂剥离、碳纤维脆断。     

纵横步进编织过程置换算法的计算机实现

采用组合数学中集合和置换理论,建立编织模式与方格阵之间的数学模型,将编织过程转换为数学置换运算过程,通过计算机模拟纵横步进编织运动,计算得到一些重要的编织参数。     

Modeling and analysis of friction in end-face/inner-face circular braiding processes

Friction between yarns could greatly influence braiding processes, especially using carbon/glass fibers. However, as the points of friction are various and traveling all the time, it is quite difficult to measure the total value of frictions. To solve this problem, mathematical models have been developed to predict the friction in two braiding processes of triaxial circular braiding processes, the widely used end-face braiding process and the inner-face braiding process. To analyze the influence of the two braiding processes to the interacted friction between yarns, some definitions and initial conditions were introduced. Based on these conditions, the yarn net, which is formed during the braiding process, was divided into numerous segments. With the geometrical and force equilibrium relationships, each yarn nodes and segments were analyzed. Based on these equations and boundary conditions, the models of two braiding processes were established and solved by Matlab. A practical engineering implementation was shown to verify the validation of the model. The results shows that the inner-face braiding process of braiding process does have a better performance in eliminating the friction than the widely used end-face braiding process.     

纵横步进法编织三维预型件

纵横步进编织是制备三维预形件的有效方法之一。本文论述了三维编织的基本原理 ;讨论了纵横步进编织的基本过程和编织机的基本结构 ;着重对编织盘的形式和结构以及编织纱长度补偿的方式进行了全面的分析。     

编织锭子放线速度对纱线张力调控的建模与影响

因不同的编织锭子放线速度将对纱线张力造成波动影响继而改变编织件品质,针对编织锭子放线速度影响纱线张力值的问题,通过研究高速绳带类编织机的工作路径,获取编织锭子放线速度范围;然后分析曲折式纱线补偿类锭子的工作原理,建立相应的纱线张力模型;再根据纱线张力模型进行Mat Lab仿真计算;最后对比仿真结果,总结此类锭子在放线过程中对纱线张力的调控规律。同时,对编织锭子的工作进行阶段性动态计算,并在不同放线速度下分析纱线张力仿真结果。研究结果表明:锭子快速放线将缩短纱线张力波动周期,缩小纱线张力波动范围,且令纱线筒持续放线。