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。     

变截面三维编织技术的研究进展

为深入了解变截面三维编织技术的研究进展情况,阐述了变截面三维编织原理,介绍了当前实现变截面三维编织成型的关键技术和研究现状,分析了现有变截面三维编织技术存在自动化程度不高、普适性不佳、工序复杂和纱线不均匀等问题,提出利用塑性金属选择性地添加纱线设计携纱器的思路。认为:变截面三维编织技术的优劣,需通过反复检验三维预制件的力学性能是否满足要求来评判。     

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。     

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。     

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。     

四步法十字形三维编织物的工艺研究

十字形三维编织物是三维编织异形件中的一种。主要研究了一种四步法十字形三维编织物的编织工艺,该工艺不同于变截面的增减纱工艺,纱线贯穿织物始终,无断纱头存在织物中。     

变截面三维编织预制件的增减纱机制

从单元体角度分析了变截面三维编织预制件织造过程中增加或减少纱线的机制,讨论了单元数量减少法和单元尺寸缩减法2种具体实施方案的工艺、适用性和优缺点。采用数字摄影技术对预制件的表观结构进行了观测;采用拓扑方法对表面和内部减纱点处的纱线运动轨迹进行了分析,建立了纱线空间交织结构的几何模型。结果表明,采用2种减纱工艺制作的变截面预制件表面均无通透性孔洞缺陷,内部纱线倾斜方向无改变,倾斜角度稍有变化,整体结构不会出现明显应力集中,可以单独或联合使用制作变截面构件。     

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。     

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。     

大尺寸三维编织复合材料结构损伤指数特征

为实现大尺寸三维编织复合材料内部损伤实时监测,针对三维六向编织复合材料的编织特点,将布拉格光栅（ＦＢＧ）传感器嵌入三维编织复合材料预制件中,提出了大尺寸智能复合材料的制作方法。研究了大尺寸复合材料内部ＦＢＧ 传感器的拉伸特性,基于主成分分析方法提出了制件结构损伤检测算法,分析了相同损伤的４ 个制件的损伤指数表现特征。试验结果表明：ＦＢＧ 传感器能准确测量复合材料内部损伤变化;损伤指数可描述试件结构损伤程度。损伤指数Ｔ２ 和综合损伤指数Ｐｈｉ 能迅速诊断制件内部损伤的存在性,对于制件的同一个损伤Ｐｈｉ 指数计算值大于Ｔ２ 指数值,是其２ 倍以上,Ｐｈｉ 指数可用于及时判断制件内部是否产生损伤,Ｑ 指数和Ｉ 指数描述损伤的详细参数更加准确。     

Structural Analysis of 3-D Braided Preforms for Composites Part I: The Four-step Preforms

Three-dimensional (3-D) braiding technology using high-performance fibres for advanced composite structures is receiving great attention as a result of the outstanding mechanical and thermoelastic properties of the materials produced. There are now mainly two groups of 3-D braiding techniques, namely, the four-step and the two-step processes. The objective of the research reported in this paper was to study and analyse the preform structures. In this part, theoretical models for the four-step braided structures are established. Structural geometries of the preforms are analysed and discussed in accordance with these theoretical models. Mathematical relations among the structural parameters, such as the fibre orientation, yarn-volume fraction, and preform contour sizes, as well as their dependence on machine-operating conditions, are derived. The extreme values of the parameters due to geometric constraints under the jamming conditions are also analysed and determined. These extreme values dictate the limiting conditions in operation. The good agreement between the experimental observations and the theoretical predictions confirms the validity of the models developed.     

智能复合材料中碳纳米管纱线参数设计及其变化特征

为将碳纳米管纱线传感器嵌入复合材料中, 利用三维编织技术构建了智能三维编织复合材料。针对三维六向编织复合材料编织结构,构建了编织机携纱器运动数学模型;提出了智能复合材料嵌入碳纳米管纱线的数量、长度的计算方法;分析了碳纳米管纱线在承载下的电阻变化特征。实验证明：通过Bezier 曲线计算的碳纳米管纱线长度值与实际长度的误差小于1%;当拉伸应变超过2%时,嵌入的碳纳米管纱线的应力与应变开始出现非线性;试件的加载－ 卸载对碳纳米管纱线的电阻变化具有一定影响,试件承受大负荷卸载后,碳纳米管纱线会产生剩余电阻。     

基于Web的三维编织物仿真系统研制

以Java Applet作为控制的核心,以VRML场景作为三维展示的平台, 创建了基于Web的三维编织物仿真系统。系统以三维管状编织物为例,在分析纱线运动规律的基础上,提出了编织物参数化设计算法,创建了编织物三维模型,并对编织过程进行了动画仿真。借助于互联网,通过人机交互,用户可实时、直观地了解、分析三维编织物的空间结构和纱线交织过程,并可动态进行修改,对优化工艺设计、提高设计质量、缩短设计周期、降低生产成本都具有较好的现实意义。     

编织结构玻璃长丝缝合线的打结强度

针对玻璃纤维丝束在纺织预制件或预浸料的缝合过程中易发生断裂的情况,设计了二维管状编织结构的玻璃纤维缝合线。采用Instron电子万能试验机对不同编织工艺参数的缝合线试样分别进行了loop结和knot结的拉伸强度测试,分析了拉伸断裂的机制和破坏模式。结果表明：编织结构玻璃长丝缝合线的打结强度和断裂伸长率明显高于玻璃丝束;花节长度是影响打结性能的主要因素;试样在试验过程中受剪切和拉力共同作用,经历伸直-受力-断裂几个阶段,试样断口基本平齐。     

Modelling of Textile Structural Composites Part I: Processing-science Model for Three-dimensional Braiding

This paper demonstrates a unified approach to the design, analysis, and manufacturing of three-dimensional braids for structural composites. The linkage between manufacturing and performance is accomplished through a processing-science model. By combining a topological model of the braiding process with geometrical and mechanical models, a process structure/properties relationship for 3-D braid-reinforced composites is created to form a communication link between structural-design engineers and textile-materials engineers.     

三维机织物织边造型工艺设计

为满足市场对不同种类三维机织物的需要,提高多剑杆织机的产品适应性,在分析现有三维机织物造型工艺优缺点的基础上,提出了一种在多剑杆织机上织造三维机织物的新型造型工艺即织边造型工艺。结合新型工艺的需要,对现有多剑杆织机的织边系统和打纬机构的结构进行了改进设计,简单介绍了这种新型工艺的织造过程。通过在小样织机上试织,按照工艺织造出圆形横截面仿形织物。实验结果表明,织边造型工艺应用于复合材料预制件的织造会在一定程度上提高织机对更多织物产品种类的适应性,同时可解决织机因层数限制而不能织造壁厚较大的空心机织物的问题。