基于PMAC的六轴纤维缠绕机开发及应用

以工控机和PMAC运动控制器为基础构建了六轴纤维缠绕机的控制系统.参照开放式数控体系结构,采用面向对象技术开发了缠绕机的系统软件.并将六轴缠绕机应用到了压力容器的五坐标缠绕和三通管的缠绕中.偏航坐标的引入解决了压力容器缠绕时在封头段的纤维束扭曲和过度堆积问题.升降坐标的引入使得三通管支管的纤维缠绕成型成为可能.     

纤维增强热塑复合材料高压容器制备工艺

采用玻璃纤维增强聚丙烯树脂缠绕铝合金6061内衬,缠绕方式为螺旋缠绕加环向缠绕,铺层方式为两层环向缠绕,两层54.4°螺旋缠绕,以此类推交替缠绕,封头采用测地线缠绕.对纤维增强热塑复合材料高压容器制备工艺进行研究和试验验证,最终得到高压容器.     

纤维缠绕CFRP圆管强度特性研究

目的 研究用纤维的不同铺层方式缠绕的CFRP圆管拉伸与压缩强度的特性.方法 采用各向异性弹性力学的方法,结合复合材料层合理论,研究了纤维缠绕层合圆管的应力分析和变形分析方法,分析了由碳纤维复合材料(CFRP)构成的圆管的强度.并采用纤维缠绕成型工艺,设计了两种尺寸的CFRP圆管,铺层方式均为[(900/00)2]S,通过对CFRP圆管进行压缩和拉伸实验,着重研究CFRP圆管在这两种受力状态下直至破坏的应力-应变关系,极限强度以及材料宏观破坏模式.结果 铺层方式为[(900/00)2]S 的CFRP圆管抗拉极限强度和应变远大于其抗压极限强度和应变,但这两种状态下CFRP圆管的弹性模量大致相当,且破坏模式均为脆性破坏.结论 理论分析结果与试验结果进行比较,验证了理论分析结果是可靠的.     

静水压力下纤维缠绕圆柱壳体的稳定性分析

为更清楚地认识静水压力作用下纤维缠绕圆柱壳体的耐压特性、解决深海耐压舱体的结构稳定性问题以及给工程设计提供参考,有必要对纤维缠绕圆柱壳体的结构稳定性进行深入研究。在弹性薄壳理论的基础上,推导出纤维缠绕圆柱壳体稳定性控制方程,采用Galerkin方法求解纤维缠绕圆柱壳体受静水压力作用下的临界失稳载荷。以正交缠绕、金属-纤维缠绕复合结构、斜交缠绕等几种形式的壳体结构为对象进行解析,并与实验结果对比,验证了求解的有效性和正确性。在此基础上,建立了基于遗传算法与解析方案一体式的优化平台,对[(±θ)12],[(±θ1)x/(±θ2)12-x]及[(±θ1)4/(±θ2)4/(±θ3)4]缠绕形式的圆柱壳体进行优化设计,研究纤维缠绕角度、对应层数及设计变量个数对临界失稳载荷的影响。结果表明,纤维缠绕角度对临界失稳载荷有显著影响,通过数值优化稳定性分别提高31.31%,43.25%及57.17%;随着角度变量的增加,优化得到的临界失稳载荷越大,最优可提高57.17%。     

火筒加热炉大开孔封头应力应变试验研究

油田火筒加热炉密集大开孔封头的设计计算,因没有相应的强度计算标准在一定程度上限制了我国油田火筒加热炉技术的发展。采用电阻应变测量技术,对新型火筒加热炉大开孔封头进行了应力应变试验研究,得到了封头的应变和应力分析规律,给出了大开孔封头允许的工作压力。试验结果表明,大孔边缘圆周处应力应变较大,十字筋板对封头有一定加强作用。     

复合材料弯管缠绕机关键技术

提出一种新型纤维复合材料弯管缠绕机的设计,详细介绍了缠绕机的结构、组成和实现方式,并对控制系统中缠绕路径的设计和计算等关键技术进行了深入探讨.弯管模往复摆动,供料系统的吐丝头绕管模旋转,形成缠绕运动,基本实现了测地环形缠绕和管壁厚度均匀.此型复合材料弯管缠绕机既实现了自动缠绕成型,又可以保证制品的质量,解决了复合材料弯管缠绕过程的关键技术难题.     

纤维缠绕技术的发展及研究现状

从纤维缠绕的概念、发展史及发展趋势等方面对纤维缠绕技术的发展过程及研究现状做了综述，重点介绍了未来纤维缠绕工艺和纤维缠绕机械的发展趋势，即缠绕工艺与其他工艺的复合化、热塑性树脂缠绕的日益增多以及缠绕机械的精密化、高效化、柔性化等，并对我国纤维缠绕技术的现状做了概述。     

UHMWPEF缠绕气瓶线型设计与试验

根据高压气瓶的设计要求和几何尺寸,选用超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPEF)从强度和芯模外型两方面进行了缠绕线型设计.依据网格理论获得了气瓶的螺旋纤维和环向纤维厚度等参数,且对缠绕层数进行理论计算,确定缠绕参数和工艺;调整缠绕角、极孔参数,确定缠绕线型.线型试验结果表明:UHMWPEF在芯模表面既不重叠又不离缝,位置稳定,不打滑.     

组合回转体缠绕角及中心角方程

讨论了组合回转体纤维缠绕负高斯曲面过渡段缠绕运动规律.导出以单叶双曲面作为过渡段时纤维缠绕角和中心角一般公式,并根据边界条件确定单叶双曲回转曲面的各参数,为实现纤维缠绕负高斯曲率曲面提供了理论依据.     

碳纤维约束混凝土抗压力学性能试验研究

试验共制作39个素混凝土试件,其中立方体试件27个,棱柱体试件12个.通过不同的试验方法,分别对各试件进行了抗压试验,根据试验所得出的普通混凝土试件及用碳纤维约束混凝土试件的抗压对比试验数据,重点研究了碳纤维约束混凝土的抗压力学性能,得到了碳纤维对混凝土试件承载力的加强效果.试验结果表明:CFRP布可横向约束混凝土变形从而间接提高受压构件的承载力,提高程度与混凝土自身强度有关;CFRP布约束混凝土柱轴心受压的破坏形态、CFRP布缠绕混凝土柱的应力-应变关系曲线形状及峰值应力、峰值应变、极限应变与柱缠绕前的轴压比、CFPR布的缠绕量以及纤维特征值有关.该研究为实际加固工程提供了理论依据,具有较强的现实意义.     

2轴计算机控制的复合弯管缠绕成型方法

为解决复合弯管生产过程中产品质量不稳定和生产成本较高等问题,提出了一种采用2轴计算机控制缠绕机来实现复合弯管缠绕成型的方法．该方法采用测地线和非测地线对弯管和直管部分进行了纤维缠绕路径设计,给出了不滑线、不架空缠绕的边界条件,并结合面片缠绕理论对复合弯管进行缠绕节点设计,给出了弯管外侧线型布满条件来分析弯管内侧纤维重叠情况,并编制缠绕控制程序来验证该缠绕方法的实用性．运行结果表明:该成型方法具有硬件结构简单、成本低且缠绕线型稳定、高效等特点,能够满足各种复合弯管的缠绕需求．     

中空纤维反渗透器浇铸用离心机的结构和使用情况总结

中空纤维反渗透器是目前反渗透器结构中发展较快的一种型式。它具有结构紧凑,单位体积中反渗透表面积大以及没有浓度极化等优点。因此,近年来国内外的研究都比较多。中空纤维反渗透器结构中的纤维粘结是比较关键的问题之一。目前国外常用的方法有:1.直接浇铸法;2.离心浇铸法;3.缠绕法等。其中直接浇铸法不易保证粘结件有较好的粘结质量,但操作简便。缠绕法适宜于大量生产,但它对纤维的抽制要求较高,根据我们研制工作情况,感到还是采用离心粘结法比较符合当前的实际情况,所以我们在国家海洋局     

全缠绕复合气瓶有限元优化设计

介绍了一种基于有限元数值模拟的复合气瓶优化设计方法,利用ANSYS的APDL语言建立了与全缠绕复合气瓶力学特性尽可能一致的有限元模型,实现了气瓶封头段螺旋缠绕层的变厚和变角度,并按照美国DOT-CFFC设计要求对复合气瓶进行了优化设计,提高了气瓶的容重比和可靠性.     

基于Trio运动控制器的缠绕机控制系统设计

缠绕机是生产夹砂玻璃钢管的核心设备.本文针对目前夹砂玻璃钢管加工过程中存在"封头堆积"严重,系统操作复杂,稳定性差等问题,根据其缠绕工艺和缠绕规律,设计了基于Trio MC206运动控制器的夹砂玻璃钢管缠绕机控制系统;进行了微机控制缠绕机的总体结构设计,包括对主轴系统、小车系统、控制系统等硬件部分的设计;夹砂玻璃钢管缠绕机控制系统上、下位机的软件设计.实践证明,该控制系统在生产中取得了良好效果.     

绿色纤维加固RC方柱轴心受压试验研究

本文提出通过在RC方柱体外缠绕绿色纤维用以约束RC方柱这一新型加固方法,并对比不同缠绕方式、不同缠绕间距的情况下,对RC方柱力学性能的提升情况.试验结果表明,在RC方柱体外缠绕绿色纤维可以有效地提高构件的抗压承载力,通过对比相同缠绕间距下对RC方柱抗压强度的提升情况,采用螺旋缠绕绿色纤维效果更加理想,且缠绕间距越小,提升效果愈加明显.     

水下通信用光缆线包缠绕力学建模及仿真

因电磁波无法在水中传播,水下大容量长距离通信仅能依靠光缆等有线通信方式。对于水下航行器等需随航行体运动实时布放光缆以建立动态通信信道的应用场合,光缆线包缠绕工艺及缠绕机构的优化设计,对减小断线概率、提高水下通信的可靠性显得尤为重要。在对光缆缠绕过程及端板力学分析的基础上,提出一种以各层光缆径向变形和轴向变形为增量的逐层分析方法,建立了水下通信用光缆线包缠绕力学模型。该模型揭示了缠绕过程光缆线包内张力分布及端板变形的内在规律,以实际光缆线包结构参数和缠绕工艺参数对光缆线包内部应变、光缆层压强以及端板变形进行仿真分析,仿真结果与光缆线包缠绕过程应变实测数据符合性好。     

三通管纤维缠绕线型设计与仿真

提出了一种三通管纤维缠绕线型的设计方法。首先,建立了三通管的纤维缠绕数学模型,对缠绕线型规律进行分析的基础上,再利用测地线与非测地线相联合进行缠绕,对于三通管端部处采用定位销返回,定位销的引入克服了传统纤维缠绕模式在缠绕弯管端部时要采用非测地线线型。仿真结果表明,该纤维缠绕线型设计方案精确可靠,满足纤维缠绕的基本要求,对实际生产有很重要的作用,并为三通管缠绕的应用奠定了理论基础。     

复合材料三通管的纤维缠绕设计

针对两圆柱直接相贯的三通管,利用圆柱面上的测地线和非测地线实现了圆柱部分的纤维缠绕路径设计,并给出了纤维从主管顺利过渡到支管的条件.针对通用的卧式多坐标纤维缠绕机,分别设计了三通管主管和支管的机器路径.在缠绕主管时,芯模转动,出纱嘴在水平面内运动;在缠绕支管时芯模不动,准停在固定位置,出纱嘴回转,引入了垂直坐标.最后,通过仿真和实际缠绕实验验证了理论的正确性.     

复合材料高压储氢容器筒壁应力优化控制分析

复合材料压力容器的纤维缠绕预应力对容器的性能有很大的影响,合理设计这种纤维预应力可提高复合材料容器的综合性能.当碳纤维缠绕铝合金内衬高压储氢容器在高压操作下(比如70 MPa),如果不考虑纤维预应力的作用,在工作压力下内衬的应力有可能超过铝合金的许用强度,采用在纤维缠绕制造过程中施加预应力的方法,可以降低铝合金内衬在操作时的应力水平.通过对纤维缠绕层力学模型的简化以及对内衬进行虚拟后,把整个容器当作各向同性筒体进行处理,极大地简化了计算,并不断地优化预应力分布,最终得到一组比较合理的缠绕预应力,使容器在操作压力下内衬有较低的应力水平,而纤维增强层则具有接近均布的应力水平.     

基于PIV技术对换热器入口流场的可视化研究

为了提高板翅式换热器物流分配的均匀性,本文利用粒子图像测速仪(PIV),并采用两帧互相关的分析方法,对换热器封头结构改进前后的流场进行实验测量.经过大量的实验数据处理,获得封头内部不同剖面处的流场速度矢量和流线分布图,发现了原始封头内部流场的流动与分布规律.由于封头结构的不合理导致漩涡、回流等现象存在,使得封头内部轴向以及径向的物流分配极不均匀.而对于在封头1/2高度处添加打孔挡板的改进型封头,物流分配的均匀性有了很大改善,速度场分布更加合理.在相同的入口条件下,全局不均匀系数S由改进前的1.210降至0.209,最大流速与最小流速之比由23.163降至1.756.此研究结果对于板翅式换热器的优化设计具有重要意义,同时也验证了PIV技术非常适合于研究复杂的流动结构.