復(fù)合材料彎管的纖維纏繞研究.pdf

1、纖維纏繞技術(shù)是一種較為普遍使用的加工技術(shù)。從其加工過程易知,采用纖維纏繞技術(shù)纏繞軸對(duì)稱部件比較容易,但是對(duì)于非軸對(duì)稱部件的異形管(例如管道配件一彎管)進(jìn)行纏繞路徑的設(shè)計(jì)和加工都較為困難。因?yàn)槔p繞非軸對(duì)稱部件不僅要求有先進(jìn)的硬件設(shè)備,而且更需要有纖維纏繞CAD/CAM軟件的支持。國(guó)際上,現(xiàn)有的非軸對(duì)稱纏繞CAD/CAM軟件都采用離散的三角片逼近法來設(shè)計(jì)和計(jì)算纏繞路徑,由此設(shè)計(jì)出的纖維路徑容易出現(xiàn)架橋、打滑等現(xiàn)象;而國(guó)內(nèi)目前沒有能很好地對(duì)非

2、軸對(duì)稱部件進(jìn)行設(shè)計(jì)的系統(tǒng),因此目前的纏繞技術(shù)不能適用于機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)彎管。然而在復(fù)合材料的應(yīng)用中,管道占有很大的比重,其中彎管是必不可少的管道配件,如果管接頭的生產(chǎn)跟不上,勢(shì)必嚴(yán)重影響整條管道的壽命,造成巨大的損失。因此對(duì)于纖維纏繞彎管進(jìn)行研究就顯得尤為重要,既有重大的理論指導(dǎo)意義而且有重要的實(shí)用價(jià)值。本文主要通過以下幾個(gè)方面對(duì)彎管的纖維纏繞進(jìn)行了研究:
　　1.根據(jù)微分幾何知識(shí)及纖維穩(wěn)定纏繞原理,提出了含凹曲面構(gòu)件上纖維穩(wěn)定

3、纏繞的判據(jù)條件;
　　2.根據(jù)彎管芯模的幾何特點(diǎn),設(shè)計(jì)出了適合彎管纏繞的穩(wěn)定線型,并給出了確定該線型的方程,同時(shí)利用MATLAB語(yǔ)言對(duì)其線型進(jìn)行仿真,證明了該線型設(shè)計(jì)的可纏繞性;
　　3.根據(jù)復(fù)合材料層合板理論,將纖維纏繞彎管視為層合板結(jié)構(gòu),利用ANSYS有限元分析軟件以及蔡一吳張量強(qiáng)度準(zhǔn)則對(duì)彎管進(jìn)行強(qiáng)度分析,并進(jìn)一步預(yù)測(cè)出了彎管的破壞荷載;
　　4.根據(jù)優(yōu)化理論,以彎管質(zhì)量最小作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),材料不失效作為約束條件