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。     

三维异型整体编织底盘的结构

纵横步进编织是制备三维异型预制件的有效方法之一。针对目前编织底盘存在通用性较差,难以实现三维预制件的多种类及多式样编织,所织造的三维编织复合材料结构及其品种单一等问题,在编织方格阵概念的基础上,对四步法编织过程中实现多模式及多式样的理论编织阵列转换问题进行了深入研究,提出了一种通用性的编织底盘初始阵列结构方案。并就该底盘结构方案实现矩形规则截面、异型组合截面预制件编织时的具体运动规律进行了分析,对三维异型整体编织底盘的机械结构及其控制系统设计具有较高的应用价值。     

三维整体编织技术的研究现状

总结三维整体编织技术的发展现状。介绍了三维整体编织工艺原理及可实现整体编织的主动携纱器、增减纱携纱器和底盘设备;分析了现有三维整体编织技术存在自动化程度及编织效率低、预制件产品结构及品种单一、均匀性和可重复性差等问题;提出了一种基于AGV小车模型的主动携纱器设计思路,介绍了其整体设计方案与工作方式。认为:该携纱器模型结合其编织工艺,可实现预制件的整体编织,具有较好的应用前景。     

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。     

异形截面预制件编织的置换分析

通过实例,应用置换理论分析了矩形三维预制件的编织过程,在将编织循环表达为不相交的轮换的乘积后,建立了各轮换与编织锭子移动规律之间的关系。以口字截面预制件编织为例,对异形截面三维预制件的编织过程进行了置换表达。从不相交的轮换的积的表达式中,不仅可以得到有关异形截面三维预制件编织锭子移动规律方面的特性,还可判别出方格阵上编织锭子的类别并确定其初始位置,为异形截面三维预制件编织的最终实现奠定了基础。     

“四步法”三维编织底盘的发展现状及新思路

编织底盘是实现"四步法"编织工艺、完成复合材料预制件成型的重要装置。日益复杂的预制件,对底盘上编织纱线的灵活性提出了越来越高的要求。目前应用最为广泛的纵横步进编织底盘很难满足变截面等预制件的编织需求;"主动携纱器"虽然能提高编织纱线运动的灵活性,但其结构复杂难以在实际中应用;Farley和穿梭板编织机可以实现对任意编织纱线运行路径的控制,但织物外形依然受编织底盘形状的限制。针对以上问题及工程中预制件的编织需求提出了由独立运载单元组成编织底盘的思路,该运载单元拥有动力和通信控制装置,可朝任意方向移动,为编织纱线提供了最大限度的自由,可以实现不同形状预制件的编织,突破了底盘形状的限制。     

三维编织预制件厚度的超声波在线测量

采用超声脉冲回波法对具有封闭横截面形状的碳纤维三维编织预制件的厚度进行在线测量。分析了超声波在三维编织预制件内的传播原理,建立了由微机、步进电机、齿轮、丝杠和探头组成的A型脉冲回波法检测系统和加压装置。实验结果表明:三维编织预制件内部纤维束倾斜,造成超声波衰减比较严重,但是选用水做耦合剂,在适当的压力和探头频率下,超声法可以透射三维编织预制件,获得预制件的厚度信息;随着预置压力的增大,超声波测试的厚度值趋于稳定;探头频率对测试结果数据影响不明显。     

三维纺织物的纺织与固化工艺研究

三维编织复合材料具有优良的力学性能，已引起了广泛的关注。本文主要介绍了三维编织复合材料预制件的编织、固化工艺以及三维编织复合材料的优良性能。     

三维编织预制件表观模拟系统的开发

对四步法三维编织预制件表面外观进行了分类研究。在分析计算的基础上,提出了开发三维编织预制件表观模拟系统的思路和方法,并经过程序设计实现了该模拟系统。     

基于四步法三维编织机底盘驱动装置的设计

根据三维四步法编织机携纱器运动的特点,设计出能够实现四步法编织工艺的底盘驱动装置。完成了床身导轨的三维模型设计与底盘驱动装置的整体装配,最后对其控制系统做简要阐述。     

纵横步进编织工艺及其载纱装置

纵横步进编织工艺是目前应用于制作多维纺织结构复合材料预成形体的主要手段,而载纱装置的设计是实现纵横步进编织工艺的重要工作。本文叙述了纵横步进编织的工作原理及理论上对载纱装置的要求,并介绍了载纱装置及其改进。     

缝合连接三维编织复合材料技术

为了解决三维编织制作复杂形状异型件存在的局限性,文章提出了缝合连接三维编织复合材料技术,并阐述了其创新点和应该解决的问题。     

三维编织物的编织与固化工艺研究概述

三维编织复合材料具有优良的力学性能,已引起了业内广泛的关注。文章主要介绍了三维编织复合材料预制件的编织技术、固化工艺及其特点。     

六角形编织物的微观结构模拟

为研究第2代六角形编织物的复杂结构并预测其性能,利用MatLab软件设计出一套可直接模拟六角形编织物细观结构的算法,得到了可很好地反映编织结构的模型。根据第2代六角形编织角轮和转换装置的运动规律,推演携纱器的运行路径,编写出模拟携纱器行走路线的代码程序。通过编织轴向的路程计算,获得纱线运动的空间路径,并利用B样条法对空间路径进行优化,最后运用Solidtube函数进行实体化模拟,实现了细观结构的可视化。本文算法基于最基本的角轮与转换装置的关系编写,对于六角形编织物结构模拟具有普适性;同时进行了不同六角形预制件的编织实验发现,实验成品与模拟编织结构吻合度高,验证了算法的准确性。     

Surface parameters measurement of braided preform based on local edge extreme

This paper proposes a local edge extreme-based method to automatically measure the pitch length and surface braiding angle of braided preforms. The Lab space transform and an artistic edge and corner enhancing filter are used first to pre-process the original acquired images. An algorithm based on local edge extreme is then used to detect corners. Finally, the pitch lengths and surface braiding angles are measured based on the detected corner maps. Experimental results show that the proposed method achieves automatic measurements of pitch lengths and surface braiding angles of biaxial braided carbon-fiber preforms with good accuracy.     

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.     

三维纵横步进编织预成型件的计算机仿真

针对三维纵横步进编织物的建模仿真问题,基于三维纵横步进编织的基本编织原则,引入编织图对其编织模式进行描述,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,并采用Bézier曲线对纱线运动轨迹进行拟合,利用计算机图形技术对三维编织结构进行显示,获得了一种设计与实现三维纵横步进编织预成型件的计算机仿真方法,从而解决了各种纵横步进编织工艺预成型件的仿真问题。同时针对规则截面以及异型截面的预成型件结构进行了仿真分析,仿真结果表明所提出的仿真方法有效、可行。