彎管纖維纏繞的線型設(shè)計(jì)及仿真.pdf

1、復(fù)合材料彎管是航空航天器減重節(jié)能，化工、石油開采和冶煉，建筑給排水，海洋開發(fā)以及食品加工等腐蝕問題突出的行業(yè)急需的產(chǎn)品，因此彎管生產(chǎn)的自動(dòng)化是目前亟待解決的問題。標(biāo)準(zhǔn)的纖維纏繞回轉(zhuǎn)體的線型設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，而對(duì)于彎管這類非回轉(zhuǎn)體的纏繞線型研究仍存在很多難點(diǎn)，因此需要研發(fā)新的纏繞技術(shù)來對(duì)彎管的穩(wěn)定纏繞路徑進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。
　　 本文提出一種研究彎管線型的新方法，即設(shè)想直管按一定規(guī)律形變成彎管，則纏繞在直管上的纖維也按一定規(guī)律變

2、化到彎管芯模的表面上，這樣，只需知道直管上的纖維纏繞的線型，就可以通過變換關(guān)系分析出彎管上的纖維纏繞線型。目前直管的線型設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，采用本文的思想可以簡化彎管線型的研究，且因?yàn)橹惫芫€型數(shù)據(jù)生成彎管線型數(shù)據(jù)是數(shù)值變換過程，采用該方法可以避免解析法求解線型的局限性。在直管的任何位置都可以進(jìn)行彎曲變形，繼而可以通過變換關(guān)系得到彎管的線型，這樣大大擴(kuò)寬可以纏繞的彎管的形狀的范圍，為各種形狀彎管的線型研究提出一個(gè)通用的方法。
　　

3、 第一章介紹了纖維纏繞概況，闡述研究彎管纖維纏繞線型的背景及意義。
　　 第二章分析并求解直管的線型方程，按線性段的測地線纏繞和非線性段的非測地線纏繞兩部分來求解，為下一章節(jié)彎管線型方程的求解做了知識(shí)鋪墊。
　　 第三章建立了彎管圓環(huán)段和圓柱段的數(shù)學(xué)模型，在柱坐標(biāo)系下構(gòu)建彎管和直管線型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)合直管的線型方程，得到了彎管的線型方程。分析了彎管上纖維不打滑不架空的條件。為保證在彎管上的凹曲面處纖維不架空，分析了在彎

4、管圓環(huán)段纏繞角應(yīng)滿足的條件。在軸對(duì)稱形體的代數(shù)模式設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上擴(kuò)展出了彎管的代數(shù)模式設(shè)計(jì)方法，解決了纖維在彎管上的分布和完全覆蓋問題。為避免直管上的纖維經(jīng)過形變后在彎管外弧出現(xiàn)離縫，對(duì)紗片寬應(yīng)滿足的條件進(jìn)行分析，得到形變后不離縫的彎管紗片寬的值。
　　 第四章用管道纖維纏繞計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件和線型仿真軟件對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果驗(yàn)證了利用直管線型通過彎曲變形得到彎管線型這一方法的可行性，且可滿足在任意起止位置彎曲的彎管線型