纖維纏繞復(fù)合材料構(gòu)件CAD-CAM技術(shù)及其應(yīng)用的研究.pdf

1、在閱讀和分析了大量文獻的基礎(chǔ)上,本文首先對纖維纏繞的數(shù)學(xué)模型進行了研究.纖維纏繞的數(shù)學(xué)模型包括兩方面:穩(wěn)定的纏繞線型和光順的機器路徑.本文通過對曲面上纖維的力學(xué)分析,建立了纖維的非測地線方程和纖維在曲面上不架空的條件.并針對組合回轉(zhuǎn)體構(gòu)件,推導(dǎo)了其凹曲面過渡段的穩(wěn)定不架空條件,通過對幾種過渡曲面的纏繞工藝性分析得出了凹曲面過渡段的優(yōu)選曲面形式.為了使纖維既不重疊又不離縫的布滿整個芯模表面,文中給出了軸對稱芯模的纖維纏繞代數(shù)模式.最后根據(jù)

2、纖維纏繞線型和纏繞機的運動特點,建立了六軸纏繞機的運動方程.在纖維纏繞構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的研究上,本文以纖維纏繞內(nèi)壓容器這種典型的纖維纏繞構(gòu)件作為研究對象,首先采用網(wǎng)絡(luò)設(shè)計法來設(shè)計纖維纏繞鋪層和厚度,給出了容器爆破壓力的預(yù)測值和校正公式.針對采用網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法在封頭段的局限性,作者利用Ansys二次開發(fā)語言開發(fā)了纖維纏繞CAD/CAM軟件的有限元接口.在有限元分析時,綜合考慮了封頭段纏繞角、厚度的變化和沿厚度方向纏繞角的變化,較真實的反映了

3、纖維纏繞壓力容器的真實狀況.有限元分析的結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合較好.彎管是在管道傳輸中經(jīng)常用到的管配件,但由于其非軸對稱性,其纏繞路徑的設(shè)計和機器路徑的生成都相當(dāng)困難.本文利用圓環(huán)面上的測地線和圓柱面上的非測地線生成了彎管的纏繞路徑,通過在端頭加入停留纏繞,給出了彎管纏繞的代數(shù)模式.在機器路徑生成時,給出了避免碰撞的兩種軌跡約束形式和絲嘴的運動方程.通過實驗,驗證了理論的正確性.三通管的纖維纏繞是國際上公認的難題,現(xiàn)在只有很少數(shù)的纖維纏繞商

4、-Ⅰ-業(yè)化軟件能夠?qū)θü苓M行纏繞.目前我國對三通管纏繞技術(shù)的研究還基本處于空白,作者對三通管的纖維纏繞進行了一些嘗試和探索.三通管是由兩個垂直柱面和柱面交線附近的過渡曲面構(gòu)成的,其曲面造型的難點在于如何構(gòu)造過渡曲面.本文利用圓弧面/平面的組合實現(xiàn)了三通管的光滑過渡,并給出了解析表達式,為三通管的纏繞打下了基礎(chǔ).對于圓柱面,本文利用圓柱面上的測地線和非測地線實現(xiàn)了其纏繞路徑的設(shè)計.針對圓弧面/平面組合的過渡曲面,特別分析了圓弧面上的測地