多向纤维缠绕机缠绕线型及其控制系统的设计

首先对多向纤维缠绕机的结构特性及工作原理进行了概述,然后分别对轴向缠绕、环向缠绕、螺旋向缠绕等的缠绕线型规律进行了分析与计算,并以实现多向纤维缠绕线型为目的,对其相应的控制系统进行了设计。这些为多向纤维缠绕复合材料制品的制造工艺提供了理论上的指导。     

基于参数化设计的纤维缠绕方法及应用

为了使回转体制品的纤维缠绕线型设计更加简便,提出一种基于参数化设计的纤维缠绕方法,对圆管、容器等回转体制品的线型工艺进行参数化设计。该方法以缠绕理论为核心,将芯模的几何尺寸与缠绕工艺参数进行参数化处理并在设计线型的过程中根据纤维均匀布满的条件对缠绕角进行修正,根据修正后的缠绕角对线型进行设计即输入芯模的几何参数与缠绕工艺参数便可对芯模的缠绕轨迹进行计算。利用VS2010开发环境对该方法进行缠绕软件的实现,经过机器人对软件输出的缠绕代码进行缠绕实验,验证了回转体芯模参数化设计方法的可行性、便捷性及实用性。     

纤维缠绕压力容器最佳预应力与缠绕张力关系研究

为提高纤维缠绕压力容器的结构效率,对压力容器纤维缠绕预应力及其内衬形式之间的关系进行了研究,应用压力容器设计的弹性及半弹性分析方法,推导出纤维缠绕张力及其界面最佳预应力之间关系的表达式。     

CNG-2环向缠绕气瓶纤维缠绕残余预应力的优化设计

复合材料气瓶压力容器的纤维缠绕预应力对容器的性能有很大的影响,合理设计纤维预应力可提高复合材料容器的综合性能。借助ANSYS有限元软件,建立了带有纤维缠绕残余预应力的环向缠绕气瓶的有限元参数化模型。在模型中,将纤维缠绕层视为复合材料层合板。按照GB 24160—2009《车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶》的规定,并结合各工况下应力水平的要求建立数学模型,对环向缠绕气瓶的纤维缠绕残余预应力进行优化,得到纤维缠绕残余预应力的最优值,使内胆在工作压力下有较低的应力水平,提高了气瓶的可靠性。     

纤维缠绕复合材料弯管的线型研究

基于测地线建立了复合材料弯管的数学模型,在弯管段两端由圆柱段过渡连接,对其缠绕成型过程进行了研究,采用测地线进行弯管圆环段的缠绕,对于过渡连接的两段圆柱段采用非测地线进行缠绕,对复合材料弯管的纤维稳定缠绕条件进行推导,给出其缠绕线型方程和最小的稳定缠绕角。分析了不同的中心线曲率半径与弯管半径比对缠绕角的影响,并应用MATLAB编程对设计的理论线型进行验证性仿真,证明缠绕线型的可缠绕性以及满足纤维缠绕的基本要求。     

缠绕角对碳纤维增强复合材料输电杆塔力学性能的影响

通过材料的选择和纤维的缠绕方式提高了复合材料输电杆塔的力学性能,利用有限元分析法对玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）杆塔、碳纤维增强GFRP杆塔在标准检验荷载下的受力和变形情况进行对比分析。结果表明,碳纤维的加入可以有效提高复合材料杆塔的刚度,杆塔最大位移相对减小20 %;在此基础上,设计了纱丝螺旋缠绕结合单向布纵向缠绕的线型缠绕方式,计算不同缠绕角度复合材料杆体的等效模量,分析纤维取向对碳纤维增强GFRP输电杆塔力学性能的影响,确定最优纤维缠绕设计角度为纵向缠绕角20 °,螺旋缠绕角50 °~55（°）。     

铝内衬碳纤维复合材料压力容器非测地线缠绕与强度分析

本文对碳纤维缠绕复合材料压力容器进行了非测地线缠绕线型设计、有限元仿真和纤维缠绕与水压爆破实验。根据非测地轨迹确定了复合材料压力容器的最佳缠绕参数;采用有限元软件ABAQUS对其受压状态下的应力应变值进行分析,研究内压为35 MPa时压力容器的应力状态,并预测其爆破强度为92.2 MPa;缠绕实验在五轴数控缠绕机上进行,使用T800碳纤维制备了铝合金内衬复合材料压力容器,其纤维缠绕层共26层,缠绕完成后纤维排列整齐均匀,无滑纱现象。固化后其爆破压强为87.5 MPa,与仿真结果相对误差为5.1%,验证了仿真分析的可行性。     

纤维缠绕车载CNG气瓶的结构设计及其有限元分析

根据薄膜理论分析了气瓶封头的椭球比对气瓶强度和稳定性的影响,依据网格理论,结合气瓶容积、使用空间以及实际生产工艺等约束条件,确定了气瓶的内衬几何尺寸、纤维缠绕层的纤维厚度和缠绕角度。最后利用ANSYS中的参数化设计语言(APDL),分别对各种工况下的强度、稳定性进行了仿真模拟和数值计算分析。结果表明,设计的70L纤维缠绕车载CNG气瓶的强度、稳定性满足铝内衬全缠绕碳纤维增强复合材料气瓶的基本要求(DOT-CFFC)。     

小角度缠绕矩形复合材料管的研究

主要从材料选择、模具设计、线型设计等方面着手,对小角度缠绕矩形复合材料管成型技术进行研究;设计的带挂线模具封头在小角度缠绕下改善了纤维缠绕线型滑线,减少了材料损耗;解决了小角度缠绕矩形复合材料管的缠绕线型稳定问题。实践结果表明:小角度缠绕矩形复合材料管方法可行。     

纤维单向缠绕成型锥形壳体的研究

本文主要从铺层设计、线型设计、缠绕工艺参数的合理选择及固化成型等方面着手,利用纤维单向缠绕技术对制备锥形壳体的工艺过程进行初步探索研究.实验结果证明,纤维单向缠绕制备锥形壳体具有可行性,是一种新型成型方法.