纤维缠绕机运动方程与控制凸轮设计研究

一、概述 在纤维缠绕中要实现稳定缠绕,就必须保证缠绕纤维沿着曲面上两点之间的最短距离——“短程线”又名“测地线”进行铺线。曲面上测地线的方向方程和轨迹方程在微分几何中已经推导出来了,在工程中如何去设计缠绕机的运动以实现测地线缠绕,成为产品设计、设备设计和工艺人员所共同关心的问题。75年从西德引进的WE-250脉冲数宇控制液压伺服纤维缠绕机的所有资料是按芯模上的放线进行实测仿型描绘制作控制小车和伸臂运动的“控制凸轮”,没有谈到能否设计计算或如何     

纤维缠绕复合材料方管设计研究

作为典型非轴对称回转体构件,复合材料方管在缠绕过程中要求满足稳定缠绕和均匀布满两个工艺条件。基于解析几何,分析方管缠绕丝嘴与芯模的空间关系,推导丝嘴运动轨迹方程,提出基于不滑线理论的方管小角度测地线缠绕设计方法;建立方管测地线周期缠绕理论,分析从不同起始点缠绕的实际误差;设计方管缠绕线型,并应用于实际缠绕,得到其小角度缠绕的一般绕线方程。结果表明,本文提出的方管小角度测地线缠绕理论正确,线型设计方法可靠,得到的丝嘴运动方程合理、精确,能很好地满足复合材料方管缠绕的基本原理和工艺要求。     

双阿累尼乌斯方程在湿法缠绕环氧树脂中的应用

为解决双阿累尼乌斯方程在模拟湿法缠绕用酸酐固化环氧树脂和芳香胺固化环氧树脂黏–温特性时出现较大误差的问题,对方程频率因子A和活化能因子N进行了探讨,在其表达式中增加时间变量t,得到新的双阿累尼乌斯方程表达式,并模拟实际固化温度下两种树脂的黏–温特性,对所建立的方程进行了验证。结果表明,时间变量的加入是合理的,新方程可准确模拟两种树脂的黏–温特性,预报不同工艺条件下树脂的黏度,确定酸酐固化环氧树脂在40~50℃符合湿法缠绕的要求,最佳缠绕温度为45℃;芳香胺固化环氧树脂在40℃和45℃符合湿法缠绕的要求,最佳缠绕温度为45℃。     

高密度聚乙烯缠绕增强管的应用

介绍了高密度聚乙烯（HDPE）缠绕增强管的种类，性能，生产工艺及特点等。因HDPE缠绕增强管具有输水量大，铺设简便等优点，可适用于远距离低压输水，城市给排水，海水输送，以及农田灌溉等输送工程。举例阐述了使用HDPE缠绕增强管的优化，并展望了HDPE缠绕增强管的发展前景。     

国内消息

国内消息工程轮胎胎面缠绕数控程序的计算机辅助设计大型工程轮胎的成型工艺多数采用胎面缠绕成型的方法。缠绕成型设备所用的主要缠绕方法可分为两种：一种是利用仿型板来控制缠绕所形成的胎面形状，所缠出的胎面一致性、均匀性较差，胎面不平整，内部含有较多的空隙，胎...     

压力容器缠绕机的链条布局

近几年来，为了解决气瓶纵向缠绕时的收线问题，有关单位进行了多种方案的尝试，都未能奏效。本文通过对链条布局的分析:1)从理论上推导了链条长度的分配公式及其布局方程，为缠绕气瓶和其他异形制品时的链条布局提供了依据;2)将40升气瓶缠绕机的链条布局由长方形改为斜六边形，使纵向缠绕时的收线长度大大减少，为实现张力自动控制及简化控制机构提供了可能，并为进一步提高气瓶封头的强度创造了条件。     

纤维缠绕增强复合管爆破强度试验及理论分析

为了提高涤纶纤维缠绕增强复合管爆破载荷预测的准确性,基于管材特征及缠绕结构特性,以涤纶纤维达到极限强度为失效判据,推导出了爆破载荷理论方程.并开展了复合管水压爆破试验,考虑到HDPE与涤纶纤维非线性力学性能影响,对理论方程进行修正后验证了其准确性.结果表明:修正后理论方程将相对误差降至1.12％,最佳缠绕角度为55.0...     

缠绕玻璃钢管道的残余热应力

根据复合材料热弹性理论，在缠绕玻璃钢管道热膨胀系数分析基础上，从热弹性方程出发给注解管道中热残余和的方法。     

某星载天线复合材料骨架的动态特性

本文介绍了纤维缠绕复合材料壳体的刚度的计算方法，采用有限元工程分析软件ANSYS对某星载雷达碳纤维缠绕复合材料天线骨架结构的动态特性进行了分析和计算，所得结果为天线结构设计提供了参考依据。     

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。     

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。     

基于非测地线理论五坐标缠绕的实验研究

本文分析了4坐标缠绕对纤维缠绕构件机械性能和质量的影响,提出摆角坐标B轴的意义,并针对椭球压力容器这种典型的回转体芯模,研究了具体的各坐标机器路径。为了解决4坐标纤维缠绕过程中纤维在封头处的扭曲、堆积现象,进行了5坐标纤维缠绕实验研究。通过4坐标和5坐标的一个标准缠绕线型,分析和对比纱线的变化情况。实验表明,5坐标缠绕较好地解决了封头处纤维堆积问题。     

复合材料叶梁缠绕系统设计

尾桨叶梁是一种不规则构件,其缠绕原理不同于普通的回转体结构。本文阐述了叶梁缠绕原理和叶梁缠绕机的总体设计,介绍了叶梁缠绕机的主轴缠绕机构和放卷机构。叶梁缠绕控制系统以可编程控制器为核心,缠绕控制设计为预浸料变角速度控制单元和退绕张力控制单元。温度控制设计为加热控制单元和测温控制单元。最后给出复合材料缠绕成型的叶梁样品。     

风力叶片的纤维缠绕设计

针对风力发电叶片这种典型的非回转体构件,建立其简化的物理模型和数学模型。并针对叶片主干部分的椭圆柱面,分别推导其测地线和非测地线的微分方程式。在确定封头处缠绕线型时借鉴主干部分纤维缠绕的测地线、非测地线方程,在X、Y两个方向上引入比例系数,两者结合产生缠绕线型。在封头两个平面的交界处,实现纤维由正向缠绕角到反向缠绕角的变化。最后,通过仿真和实验证明了该缠绕设计的可行性。     

纤维张力对复合材料管道缠绕轨迹影响分析

为实现复合材料管道纤维缠绕优质成型,纤维张力起关键作用,其张力波动的程度直接影响复合材料管道成型的性能。为减小缠绕过程中张力大小差异,规划缠绕轨迹时需考虑纤维张力的影响,提出在机械臂末端增添预设张力负载的方法规划缠绕轨迹。建立六自由度机械臂缠绕模型,用MATLAB对机械臂的缠绕轨迹进行设计,通过建立MATLAB与ADAMS的联合仿真平台,对有无张力负载下的机械臂末端质心位移曲线进行仿真分析,并搭建张力控制实验平台,进行机械臂末端有无张力负载复合材料管道的纤维缠绕实验,实验表明有张力负载下规划的缠绕轨迹能有效抑制缠绕过程中张力的波动程度。     

Minimum weight design of helically and hoop wound toroidal hydrogen storage tanks with variable slippage coefficients

This article determines the optimal winding parameters for helically and hoop overwound toroidal hydrogen storage tanks, based on the application of variable slippage coefficients. First, an optimality condition between helical winding angle and hoop‐to‐helical thickness ratio is derived from the minimum strain energy density criterion. The winding angle distributions are then obtained with the aid of the optimality condition, taking into account the shell thickness variation along the meridional direction. The general criteria for fiber trajectory stability on a torus are presented, and the relationship for the slippage coefficient and the helical winding angle is formulated according to the windability and manufacturability. The helical winding angle and thickness at the equator are considered as design variables, whereas the minimum weight acts as the objective function. A design example with a toroidal hydrogen storage tank is outlined to demonstrate the favorable performance of the present method. The results show that the present method using variable slippage coefficients leads to a better distribution of the fiber stress in the toroidal shell and an efficient utilization of the laminate strength. The obtained winding parameters can thus be regarded as optimal for filament‐wound toroidal hydrogen storage tanks. POLYM. COMPOS., 2012. © 2012 Society of Plastics Engineers     

钢丝缠绕液压胶管设计优化有限元分析

钢丝缠绕胶管的爆破压力、轴向变形和径向变形与钢丝缠绕角度密切相关,目前的研究和工程实践中主要是基于压力容器薄膜应力理论和经验公式对四层排布角度相同或者相近的软管进行分析和设计。但是由于薄膜理论的假设建立在胶管小变形和材料各向同性的假设条件下,而由于各层钢丝在受力后,会发生耦合作用,工程上已发现四层角度相同的设计,无论在受力,还是轴向位移都不是最佳方案,不能满足优化的目的。因此,本文使用有限元的分析方法,对四层缠绕胶管的排布角度进行独立优化,发现四层钢丝缠绕胶管每层角度的变化对其本层和其他三层的应力分布均有影响,并且有一定的规律性。利用这一规律,可以实现对钢丝缠绕胶管排布角度的优化,使爆破压力和变形都达到符合使用要求的结果。本文分析的结果被证明和工程试验结果有很好的相关性。     

深海玻纤增强柔性管截面结构设计及强度分析

在深海石油开采中,使用传统的钢制管道作为海底管道和立管,存在耐腐蚀性差、重量大以及柔性小等不足。热塑性玻纤增强柔性管具有重量轻、强度高、柔性好以及耐腐蚀性强等优点,逐步成为海洋管道发展的趋势。针对南海500 m海深油井使用玻纤增强柔性管进行增强层截面结构设计,依据DNVGL-RP-F119规范和美国船级社相关规范,针对柔性管增强层缠绕角度及缠绕层数,依据经验建立±30°~±75°缠绕角度和20层~40层缠绕层数的组合模型。利用ABAQUS有限元软件进行30 MPa内压、60 t拉力和5 MPa外压三种载荷工况下的强度分析,得到满足上述载荷工况的最优缠绕角度为±60°;再进行90MPa爆破压力及拉伸与外压组合工况下的强度校核,最后得到能够满足技术指标要求的增强层最优缠绕角度为±60°和最少缠绕层数为36层。     

超细多孔55.5 dtex/144 f预取向丝成型工艺的研究

通过理论计算和试验,探索了55.5 dtex/144 f涤纶预取向丝(POY)的卷装成型工艺,为设计其他超细旦多孔品种的成型工艺提供借鉴.设计55.5 dtex/144f的POY的成型工艺首先要计算其极限卷装密度和丝饼直径,实际生产中都应小于理论值.卷绕张力、锭重、卷绕角、接触压力、卷绕模式对丝饼成型有重要影响.统计分...     

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。