厚壁复合材料管纤维缠绕张力的神经网络设计方法

提出了一种纤维缠绕厚壁复合材料管的张力优化设计方法。介绍了纤维缠绕控制系统的工作原理, 并讨论了缠绕厚壁复合材料管成型质量的影响因素。针对厚壁复合材料管纤维缠绕过程, 利用弹性叠加原理建立了计算缠绕张力导致复合材料管残余内应力变化的模型和方法。分别比较了利用现有恒张力、 恒力矩和锥度张力三种常规模式缠绕厚壁复合材料管的内应力分布特性。设计了一种独特的神经网络结构, 并通过误差反向传播实现了对纤维缠绕张力的优化设计。以实验验证说明神经网络收敛优化过程的主要机制, 结果表明, 通过该神经网络优化的纤维缠绕张力能满足特殊内应力(如等应力)分布设计的需要。     

复合材料纤维张力缠绕预应力场动态特性

复合材料纤维张力缠绕技术通过提高纤维的张力水平可充分发挥纤维高强、高模优势,在成型过程中对结构进行预紧,成为解决高速转动部件径向变形大、界面强度低等问题新的有效途径。将每一层纤维的张力缠绕等效为一个含预应力复合材料薄环的叠加,基于正交各向异性复合材料缠绕层和各向同性金属芯模弹性变形理论,建立了纤维张力缠绕力学解析模型,得到芯模和缠绕层预应力场随缠绕层数及缠绕张力的变化规律,并通过复合材料纤维张力工艺试验验证了力学解析模型的正确性。研究发现了纤维张力缠绕中预应力“饱和”现象,并确定了影响张力缠绕预应力场的两个主要参数:缠绕层环径向刚度比E_θ/E_r和张力大小T（r）,为复合材料纤维张力缠绕成型工艺提供理论支撑。      

纤维缠绕技术的现状及发展趋势

随着纤维缠绕制品应用领域的不断扩大,纤维缠绕技术的发展也十分迅速.介绍了纤维缠绕技术的工艺、设备以及应用情况,对比分析了3种不同缠绕工艺方法,阐述了纤维缠绕技术国内外的发展状况以及纤维缠绕技术向机械化、自动化、复合化发展的趋势.     

具有厚壁内衬圆筒的缠绕张力算法

缠绕张力作为缠绕工艺中的关键因素,其合理设计直接影响制品性能。针对缠绕张力的设计,提出缠绕张力算法。基于各向异性缠绕层弹性变形及各向同性内衬厚壁筒理论,给出外压作用下缠绕层的径向应力及环向应力;在弹性范围内采用应力叠加原理建立剩余张力与缠绕张力之间的解析算法。结合三种典型的张力缠绕模型,给出剩余张力具体关系式;分析等剩余张力,得到不同特例下的剩余张力解析公式。依据该解析算法研究芯模内、外径比及张力锥度系数对各向同性材料缠绕层剩余张力分布的影响,表明芯模内、外径比与锥度系数变化对缠绕层剩余张力分布有显著影响,且该文算法简单、合理、可靠;对各向异性复合材料缠绕层等剩余张力分析,其结果与现有网格理论结果一致,且该文缠绕张力上下层变化平缓,易于张力控制的实现。     

纤维缠绕技术的现状及发展趋势

随着纤维缠绕制品应用领域的不断扩大,纤维缠绕技术的发展也十分迅速.介绍了纤维缠绕技术的工艺、设备以及应用情况,对比分析了3种不同缠绕工艺方法,阐述了纤维缠绕技术国内外的发展状况以及纤维缠绕技术向机械化、自动化、复合化发展的趋势.     

纤维缠绕复合材料纤维束形态的细观分析及弹性模量预测

在对纤维缠绕复合材料缠绕图案分析的基础上, 考虑到纤维束的交叠与波动, 提出一种用于计算纤维缠绕复合材料弹性模量的方法。该方法是在纤维缠绕图案中提取一代表单元, 将代表单元分成层板区域和纤维束波动区域。层板区域用经典层板理论计算弹性模量; 纤维束波动区域根据纤维波动的细观图形及走势计算弹性模量。根据层板区域和纤维束波动区域在代表单元中所占的比例, 组合2 个区域的弹性模量以获得代表单元的总体弹性模量。通过测试炭纤维/ 环氧树脂缠绕管在轴向拉伸载荷下的轴向弹性模量及泊松比, 验证了理论计算结果,表明该计算方法能较准确地计算纤维缠绕复合材料的弹性模量, 因此可为这类材料的设计计算提供有益的理论依据。      

缠绕图型对纤维缠绕复合材料力学性能影响的有限元模拟

针对纤维缠绕复合材料结构中存在纤维束交叉起伏和铺层走向交替的特点,建立了一种分析缠绕图型对缠绕复合材料结构力学性能影响的有限元方法。采用ABAQUS有限元软件,分析了考虑纤维束交叉起伏和铺层走向交替后缠绕复合材料圆柱壳的应力、应变分布规律,并且研究了缠绕图型对缠绕圆柱壳屈曲临界载荷的影响。结果表明:采用层合板模型计算得到的圆柱壳的应力分布比较均匀;考虑纤维束交叉起伏和铺层走向交替后,缠绕复合材料圆柱壳的应力不再均匀分布,应力云图出现规则分布的菱形图案,在菱形区域中纤维交叉起伏和铺层走向交替处的应力有明显的波动。本实验有限元模型中的菱形特征单元可以反映缠绕复合材料纤维交叉起伏和铺层走向交替的实际情况。     

缠绕图型对纤维缠绕复合材料力学性能影响的有限元模拟

针对纤维缠绕复合材料结构中存在纤维束交叉起伏和铺层走向交替的特点,建立了一种分析缠绕图型对缠绕复合材料结构力学性能影响的有限元方法。采用ABAQUS有限元软件,分析了考虑纤维束交叉起伏和铺层走向交替后缠绕复合材料圆柱壳的应力、应变分布规律,并且研究了缠绕图型对缠绕圆柱壳屈曲临界载荷的影响。结果表明:采用层合板模型计算得到的圆柱壳的应力分布比较均匀;考虑纤维束交叉起伏和铺层走向交替后,缠绕复合材料圆柱壳的应力不再均匀分布,应力云图出现规则分布的菱形图案,在菱形区域中纤维交叉起伏和铺层走向交替处的应力有明显的波动。本实验有限元模型中的菱形特征单元可以反映缠绕复合材料纤维交叉起伏和铺层走向交替的实际情况。     

纤维缠绕复合材料压力容器在内压与非稳定温度场工况下的优化设计

讨论了面内力和法向一维非稳定温度场同时作用下复合材料层合板的优化设计.以层合板的各层铺设角为设计变量,层合板的厚度为目标函数进行优化设计.作为算例,对玻璃纤维缠绕增强塑料压力容器在内压及其内部介质温度突变到稳定温度场全过程逐时刻的不同工况,进行优化设计.     

纤维缠绕复合材料压力容器封头厚度预测

本研究的目的是建立一种用来预测纤维缠绕复合材料压力容器封头厚度的方法。针对固化成型的复合材料压力容器封头型面, 基于封头段所有缠绕纱带总体积保持不变条件, 提出了一种采用三次样条函数来预测复合材料压力容器封头厚度的方法。采用该方法对具有不同几何尺寸、 不同缠绕工艺参数的复合材料压力容器进行了封头厚度预测, 并与传统预测方法及实际厚度测量值作了对比分析。算例结果表明, 该方法能够比传统方法更准确地预测纤维缠绕复合材料压力容器的封头厚度, 从而为有限元建模分析提供精确的厚度参数。      

纤维束张紧力缠绕复合材料飞轮初应力的三维数值分析

利用平面应力型全弹性模型的思想(即将纤维束张紧力缠绕看成多层复合材料薄环连续过盈装配的过程) , 建立了三维纤维束张紧力缠绕复合材料飞轮初应力分析模型, 并给出了基于面-面接触算法求解张紧力缠绕复合材料飞轮初应力的三维数值方法。算例分析表明, 三维数值分析得到的飞轮的环向初应力及径向初始压应力(数值) 均略低于平面应力模型的结果, 且这种差距随着飞轮轴向长度的增加而缓慢增大; 三维分析证实了平面应力模型关于张紧力缠绕复合材料飞轮的初应力分析有足够的精度。最后给出了三维模型轴向效应的表征方法。      

纤维束张紧力缠绕复合材料飞轮的预应力简化分析

在纤维束缠绕时施加张紧力,使得固化成型后的飞轮内部形成一定的预加径向压应力,这是提高飞轮径向强度的有效方法之一。基于过盈配合的思想建立了计算张紧力缠绕导致的复合材料飞轮内部预应力和变形的简化模型和方法。通过算例分析发现:等张力缠绕产生的环向应力在半径方向上先减小后增大,径向压应力不断变小;变张力缠绕过程中,张紧力由小逐渐变大时,飞轮的径向压应力增大,径向强度提高;飞轮设计中仅仅依靠张紧力缠绕是不够的,还必须和固化成型后的厚壁筒之间的过盈套装一起来设计合理的径向预加压应力。     

非测地线缠绕稳定条件和缠绕工艺性的判别

本文首次给出一般曲面上非测地线缠绕稳定条件的推导, 推导结果还得到了该条件更精确的形式。为判别缠绕工艺性, 给出了一种确定曲面外法矢的算法, 以此为基础通过分析总结出了非测地线缠绕工艺性的判据。      

计及复合材料飞轮内孔卸载影响的多厚环套装的简化分析

纤维束张紧力缠绕的复合材料厚环固化成型以后,再抽出缠绕芯轴形成空心环,这一过程称为内孔卸载。本文作者在飞轮多环套装初应力分析和张紧力缠绕飞轮初应力分析的基础上,进一步给出了计及纤维束张紧力影响和复合材料厚环内孔卸载影响的多环过盈套装的简化分析,并给出了计算复合材料飞轮总体初应力场和变形场的公式。算例分析表明:内孔卸载后,纤维束缠绕的复合材料厚环的应力场和变形场均有明显的变化;和多厚环过盈套装的方法结合起来装配飞轮,可以有效地增大径向压应力,缓和环向应力;内孔卸载使得装配中的真实过盈量相对初始设定过盈量有较大的改变,必须充分考虑。      

纤维缠绕机的运动方程及计算机程序设计

本文综述了在回转表面上实现测地线缠绕与非测地线缠绕计算的一组公式。包括:缠绕机的运动方程组、缠绕角与包角计算公式;控制丝咀运动的控制凸轮设计公式及链条布局公式等。在此基础上,阐述了编制计算程序的主要内容及框图。      

纤维缠绕壳体材料非线性及大变形分析计算

论述了Jones-N elson-Morgan 模型的构成原理及其参数的确定方法, 利用这个模型研究了纤维缠绕复合材料的非线性本构关系。推导和建立了纤维缠绕壳体大变形有限元公式和有限元模型。在同时考虑材料非线性和大变形情况下对纤维缠绕壳体内压进行了有限元分析计算, 获得了与实验结果符合较好的理论预报结果。      

提高HFCVD法合成金刚石中钨热解丝寿命的措施

ＨＦＣＶＤ法合成的金刚石中钨热解丝在沉积过程中因碳化而产生裂纹,在停机操作时钨热解丝因骤冷产生了热应力而断裂,停机操作前采用碳化钨还的技术及减缓钨丝冷却速度,可将钨丝的寿命提高３－５倍。     

混凝土拉伸损伤演变的细观力学研究

对二维平面应力问题,根据能量耗散等价假设,即当产生微裂纹所需能量等于形成损伤所需的能量时,细观损伤状态等价于宏观损伤状态,建立了单轴拉伸与双轴拉伸情况下混凝土宏观损伤变量与细观损伤参数(微裂纹密度)的关系。微裂纹扩展准则采用复合型准则。计算结果表明,混凝土双轴受拉发生破坏时的损伤值随横向拉应力的增大而增大。本文求得的有效弹性模量与细观力学的SCM结果吻合较好,与忽略相互作用的Taylor方法结果也基本吻合。