考虑纤维波动[+ψ/-ψ]缠绕角管件的轴向弹性模量计算方法

本文在计算[ ψ/-ψ]缠绕角管件的轴向弹性模量时,通过引入纤维波动程度参数来计入纤维波动的影响,理论计算结果与层板理论计算结果相比更接近实验结果,说明本文提出的算法,可在一定程度上计入纤维波动的影响.     

[＋ψ／-ψ]碳纤维缠绕角管件在拉伸载荷作用下的实验及理论分析

在拉伸栽荷作用下，本文对有纬结构和无纬结构的[＋ψ／-ψ]碳纤维缠绕角管件进行了实验及理论分析。实验结果表明，无纬结构管件比有纬结构管件的轴向刚度略高些。本文还采用经典层板理论，结合[＋ψ／-ψ]缠绕管件的特点对其轴向刚度进行计算分析，计算结果与无纬结构管的实验结果基本吻合。     

纤维缠绕复合材料管件的缠绕图型及纤维波动程度

本文介绍纤维缠绕复合材料管件的图型形成过程,并研究了影响图型的参数及纤维波动程度的计算.研究表明,缠绕图型主要取决于上一循环和下一循环在芯模周向上相隔的等分角数Sp及纤维铺设到紧邻第一次循环铺设的纤维时所完成的循环数Nc.Nc及缠绕角的变化都会影响到纤维波动程度.     

[+φ/-φ]碳纤维缠绕角管件在拉伸载荷作用下的实验及理论分析

在拉伸载荷作用下,本文对有纬结构和无纬结构的[ φ/-φ]碳纤维缠绕角管件进行了实验及理论分析。实验结果表明,无纬结构管件比有纬结构管件的轴向刚度略高些。本文还采用经典层板理论,结合[ φ/-φ]缠绕管件的特点对其轴向刚度进行计算分析,计算结果与无纬结构管的实验结果基本吻合。     

纤维缠绕复合材料管件的非线性行为分析及计算

随着缠绕角的增大,纤维缠绕管件在拉伸时,应力应变显示出非线性关系.本文针对这一现象,引用Hahn和Tsai的非线性理论,采用片段线性的近似计算法计算纤维缠绕复合材料管件在轴向拉伸时的应力应变关系,计算结果与实验结果有较好的对应关系.     

纤维缠绕复合材料锥管的挠曲变形计算方法

纤维缠绕的锥形管,由于各截面的纤维层厚在不断变化,弯曲变形计算比较困难。本文以传递矩阵法为基础,计算纤维缠绕锥管在弯曲载荷作用下的挠曲变形,并以实验结果验证了计算结果。本文提出的计算方法比较简便,适合工程应用。     

管状纤维缠绕制件的管壁元分析模型

根据管状纤维缠绕制件的成形特点,以干纤维束横截面积、纤维体积含量、芯模尺寸及一个铺设行程中芯模转过的圈数为基本参数,给出了具有不同缠绕角管壁厚的计算方法;之后,根据缠绕管件具有周向均匀弹性模量的特点,将管件化分为管壁元,对其进行位移、应变、应力分析,并在管件上进行整合,从而提出一种纤维缠绕复合材料管在拉伸、剪切及弯扭载荷作用下的分析模型;最后将管壁厚计算方法和管壁元分析模型用于计算管件,并将理论计算结果与可得到的实验结果和有限元数值计算结果进行时比,结果表明,理论计算结果与实验结果均有较好的一致性.     

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。     

基于ANSYS的纤维缠绕复合材料传动轴的优化

近年来,随着汽车轻量化概念的深入人心,碳纤维复合材料(CFRP)在汽车制造领域应用范围不断扩大。而汽车传动轴是汽车中非常重要的部件,采用复合材料对其进行设计无论是对理论研究还是对工程应用,以及对环境和提升国内汽车制造工业的转型升级,都具有十分重要的意义和巨大的经济价值。本文首先建立传动轴的有限元模型,其次以传动轴的缠绕角度、缠绕层数、缠绕厚度为基本因素,采用ANSYS中的参数化设计语言,分别应用零阶优化方法和一阶优化方法对传动轴进行优化设计,使其缠绕角度和缠绕厚度更加合理。结果表明,本文优化方法可使传动轴满足轻质、高强的工程设计要求。     

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)。     

三维取向短纤维增强复合材料弹性模量的计算

基于单取向纤维增强复合材料的力学性能计算模型,借助于纤维取向分布函数及坐标转换,建立了三维取向短纤维增强复合材料弹性模量的数值计算模型。按该模型对短纤维增强树脂基复合材料的弹性模量进行计算,将其结果与同类材料的实验结果比较验证。结果表明,该模型的预测具有较好的准确性。     

CF／BMI纤维缠绕成型工艺及其复合材料性能的研究

本文研究了CF／BMI纤维缠绕成型工艺,并采用常压固化制成CF／BMI复合材料和耐高温管。     

一种预测单向玄武岩纤维复合材料横向弹性模量的方法

根据单向玄武岩纤维复合材料中纤维排列方式,考虑几何对称性,并引入应变协调假设,提出了一种矩形代表性单元。根据代表性单元内纤维和基体的分布推导出单向玄武岩纤维复合材料的横向弹性模量。与实验、其他理论的结果比较表明,该代表性单元方法可以较好地预测单向玄武岩纤维复合材料的横向弹性模量。     

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。     

连续纤维增强热塑性复合材料的浸渍及其缠绕成型

本文主要叙述了连续纤维增强热塑性复合材料缠绕成型过程的国内外研究情况,主要包括浸渍、加热缠绕以及冷却定型等工艺过程;探讨了不同浸渍方法的优缺点及关键之处;在加热缠绕过程中阐述了不同的加热方法,并且总结了一些缠绕过程的工艺参数的影响规律;最后在冷却定型过程中则提及了3种冷却定型方法。     

内衬材料性能对碳纤维缠绕压力容器的轴向残余变形的影响

纤维缠绕压力容器加卸载后的残余变形趋势研究,对提高制品的尺寸稳定性及满足压力容器的合格性认证均有重要指导意义。分析了钛内衬材料性能参数对纤维缠绕压力容器轴向残余变形趋势的影响。针对等张力缠绕压力容器,采用变角度、变厚度的精细化建模方法,建立了碳纤维螺旋加环向缠绕压力容器的筒身和封头段模型。测试了钛内衬材料在不同屈服强度下的力学性能曲线,并利用有限元模型分析了不同材料性能参数所对应的压力容器加卸载后的轴向残余变形。结果表明,经过给定的加卸载过程后,纤维缠绕压力容器总体沿轴向缩短;并且,钛内衬材料屈服强度的改变对容器轴向残余变形量有着显著的影响。     

基于均匀化理论的混杂纤维混凝土有效弹性模量计算

混杂纤维混凝土是典型的多相多层次非均质复合材料,在弹性阶段其宏观尺度力学行为由细观、微观乃至纳观组成与结构决定。为探究材料微细观结构对宏观尺度力学性能的影响,在微细观力学框架下,基于Mori-Tanaka法和三相模型,建立了考虑界面作用的钢-聚丙烯混杂纤维混凝土弹性模量的多尺度均匀化理论模型,在经过试验结果验证的基础上,进行了影响因素拓展分析。结果表明:钢纤维的掺入提高了混凝土弹性模量,其提高幅度随钢纤维体积掺量的增大而增大,而聚丙烯纤维的掺入对弹性模量的影响不大;混杂纤维混凝土弹性模量随纤维界面弹性模量的增大而增大,且纤维掺量越大其增大幅度越大;增大钢纤维和聚丙烯纤维界面厚度均会减小其弹性模量;骨料体积分数是影响整体弹性模量的主要因素,表现在骨料所占体积越大,材料整体弹性模量也越大。     

基于遗传算法的不等开口复合材料壳体缠绕角优化设计方法

针对内压作用下的不等开口复合材料壳体,基于精英保留策略遗传算法,建立了复合材料壳体螺旋层缠绕角的优化设计方法。采用四阶龙格库塔法求解非测地线缠绕方程,得到了左右封头的纤维在筒身能够平滑过渡的缠绕角范围。使用基于Abaqus的插件Wound Composite Modeler(WCM)建立二维轴对称壳体模型,优化算法使用Python语言编写,搭建了Python脚本与Abaqus之间的信息传递桥梁。对设计爆压为20MPa的壳体进行了缠绕角优化设计。结果表明,在20MPa载荷下,优化后的壳体比优化前的壳体纤维方向最大应力降低了2.9%,同时爆破压力提升了4.8%。本文的优化方法可以用于复合材料壳体缠绕角优化设计。     

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.