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。     

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。     

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。     

三维六向编织预成型件纱线运动规律分析

从三维六向编织预成型件的编织规律入手,采用控制体积单元法分析了预成型件中纱线的运动轨迹,并通过实验观察进行了验证。同时,通过实验观察了预成型件中纱线的实际形态,为三维六向编织预成型件单胞模型的建立奠定了一定的基础。     

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。     

形状记忆复合编织圆管的制备及其热致回复性能

为分析编织角、回复温度对形状记忆编织圆管力学性能与形状回复性能的影响,采用改进的双螺杆挤出工艺制备连续碳纤维/形状记忆聚氨酯复合长丝,通过二维编织技术制备得到编织角为15°、30°、45°、60°、75°的圆管,对比分析了其径向支撑力和形状回复率。结果表明：制备的复合长丝中连续碳纤维被形状记忆聚氨酯均匀包覆,且基本位于复合长丝中心位置;编织圆管的径向支撑力与编织角大小成正比关系,编织角为45°时圆管的形状回复率最高,编织角度越接近45°形状回复率越高;回复温度对形状记忆性能有一定的影响,回复温度越高圆管的回复速率越快,形状回复率越大;该圆管结构具有优异的形状回复率,最高可达96%。     

Quasi-static compression and compression–compression fatigue characteristics of 3D braided carbon/epoxy tube

This study presents an experimental study of the quasi-static axial compression and compression–compression fatigue behavior of a three-dimensional braided carbon/epoxy composite tube. Three kinds of tubes with different braiding angles, i.e. 25º, 35º, and 45º were used to examine the dependence of fatigue behavior on the braiding parameters. Quasi-static compression and compression–compression cyclic loadings were carried out on the braided composite samples. The S–N [stress and number of cycles to failure] curves, strain–N (number) curves, and damage observation were used to evaluate the behavior of the braided tubes under fatigue loading. The test results showed that braiding angle had significant effect on the ultimate compression strength (UCS) and the number of cycles per stress level that the sample could withstand. The tube with 25º braiding angle had the highest UCS while the tube with 45º braiding angle accumulates high number of cycles for the same stress level as compared to other samples. Damage occurred along the braid angle for 25º tubes while matrix crack plus bulging occurred in the tubes with 35º and 45º braiding angles.     

Axial compressive deformation and damage of four-step 3-D circular braided composite tubes under various strain rates

This paper reports the axial compressive deformation and damage of three-dimensional (3-D) braided carbon/epoxy composite circular tubes under quasi-static and high strain rate loadings. Three kinds of 3-D circular braided composite tubes with different braiding angles of 25°, 35°, and 45° were tested under strain rates of 0.001/s, 330/s, 500/s, and 650/s. The stress–strain curves, deformation and damage of the braided tubes under axial compressions were obtained to analyze the compressive failure mechanisms and the influences of the braiding angles on the compressive behaviors. A finite element model based on the meso-structure of the braided preform and the braided composite was established to reveal the axial compressive deformation and damage mechanisms. The axial compressive behaviors were compared both in the finite element analyses (FEA) results and the tested data, and good agreements were found. From the FEA and experimental results, it was concluded that the compressions deformation, damage, and stress–strain curves are sensitive to the strain rate and the braided angles. The strain rate and braided angle are the key parameters for the design of the braided composite tubes with high compression strength.     

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。     

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。     

三维多向编织复合材料T型梁抗弯应力分析

针对三维多向编织复合材料结构件承载细观结构优化设计的问题,以三维编织复合材料T型梁为对象,对其抗弯性能进行模拟分析。基于细观结构单胞模型,采用刚度体积平均法计算具有不同编织角的三维四向、五向和六向编织复合材料的弹性常数;利用有限元软件Patran/Nastran计算T型梁承受弯曲载荷的应力与应变,分析纤维束交织结构和细观结构参数对T型梁抗弯性能的影响。结果表明,纤维体积含量一定时,三维六向较三维四向、五向编织复合材料的弹性性能更接近各向同性,同时选择比较大的编织角,可提高T型梁抗弯的承载能力。此方法可为异型三维编织复合材料构件细观结构的选型与参数设计可供参考。     

光纤布拉格光栅在复合材料连续状态健康监测中的应用

为实现三维编织复合材料状态健康连续监测,根据三维编织复合材料的编织工艺,将光纤布拉格光栅(FBG)传感器嵌入到复合材料制件中,分析拉伸承载下的制件内部应变与FBG传感器信号变化的关系.实验结果表明,FBG传感器信号与制件应变具有较好的线性关系,复合材料的表面编织角对FBG的信号具有一定影响,嵌入FBG传感器对复合材料的...     

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。     

开孔三维编织复合材料的压缩性能

为研究机械开孔对三维编织复合材料压缩性能的影响,测试了2种三维编织复合材料试验件的压缩性能。1种为基本编织(100%编织纱)结构,另1种为含有编织纱/轴向纱(58/42)的结构,试验件编织角约为±12°。根据相关标准要求,分别进行有开孔和无开孔的复合材料试验件准静态压缩试验,并与层合板的压缩性能进行对比。研究结果表明:2种三维编织结构无缺陷材料的压缩强度较为接近,但引入开孔后,无增强纱结构可保留更高比列的压缩强度;引入开孔后,2种三维编织复合材料保留的压缩强度均高于层合板;在失效形式上,2种三维编织复合材料的宏观失效形式较为相似,均为剪切失效,表现出横向断裂且无分层现象。     

二步法三维编织物仿真模型

为给二步法编织物的微观结构和相关力学性能分析提供基础模型,以二步法矩形三维编织物为例,在分析编织运动规律和纱线屈曲形态的基础上,将数学计算与图解法相结合,寻找编织物内交叉2根纱线间距离最小处.以压紧状态下交叉2根纱线相互接触却不相互干涉为条件,确定了编织物最小节长.以纱线在编织物内部呈直线、在编织物表面呈椭圆弧为中心路...     

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。     

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.     

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。     

体外降解过程中周围神经再生导管径向压缩性能的研究

介绍了几种用于修复周围神经缺损的编织结构聚乙丙交酯(PGLA)神经再生导管及其在体外降解过程中的径向压缩性能.讨论了编织结构、原料配比和涂层等工艺参数对导管径向压缩力、压缩力保持率和弹性回复率等径向压缩学性能的影响.结果表明,三向结构导管总体上优于规则结构导管,用PGLA90/10编织而成的导管其性能优于用PGLA99/01编织而成的导管,经过涂层处理的导管其性能优于未经涂层处理的导管.     

汉晋双层斜编织物的编织工艺研究

以新疆营盘出土的方格动物纹斜编组带为编织实验对象,在结构分析的基础上,结合实际的模拟编织,探索汉晋时期双层斜编织物的编织工艺特点。