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原文传递复合材料弯管的纤维缠绕研究

论文题名：	复合材料弯管的纤维缠绕研究
关键词：	复合材料弯管;纤维缠绕;三角片逼近法;微分几何;稳定线型;破坏荷载
摘要：	纤维缠绕技术是一种较为普遍使用的加工技术。从其加工过程易知,采用纤维缠绕技术缠绕轴对称部件比较容易,但是对于非轴对称部件的异形管(例如管道配件一弯管)进行缠绕路径的设计和加工都较为困难。因为缠绕非轴对称部件不仅要求有先进的硬件设备,而且更需要有纤维缠绕CAD/CAM软件的支持。国际上,现有的非轴对称缠绕CAD/CAM软件都采用离散的三角片逼近法来设计和计算缠绕路径,由此设计出的纤维路径容易出现架桥、打滑等现象;而国内目前没有能很好地对非轴对称部件进行设计的系统,因此目前的缠绕技术不能适用于机械化、自动化生产弯管。然而在复合材料的应用中,管道占有很大的比重,其中弯管是必不可少的管道配件,如果管接头的生产跟不上,势必严重影响整条管道的寿命,造成巨大的损失。因此对于纤维缠绕弯管进行研究就显得尤为重要,既有重大的理论指导意义而且有重要的实用价值。本文主要通过以下几个方面对弯管的纤维缠绕进行了研究: 　　1.根据微分几何知识及纤维稳定缠绕原理,提出了含凹曲面构件上纤维稳定缠绕的判据条件; 　　2.根据弯管芯模的几何特点,设计出了适合弯管缠绕的稳定线型,并给出了确定该线型的方程,同时利用MATLAB语言对其线型进行仿真,证明了该线型设计的可缠绕性; 　　3.根据复合材料层合板理论,将纤维缠绕弯管视为层合板结构,利用ANSYS有限元分析软件以及蔡一吴张量强度准则对弯管进行强度分析,并进一步预测出了弯管的破坏荷载; 　　4.根据优化理论,以弯管质量最小作为优化目标函数,材料不失效作为约束条件,对弯管的铺层厚度进行优化设计; 　　5.利用吐丝嘴与芯模之间的相对关系,确定出了吐丝嘴与芯模的实时坐标值,推导出了缠绕机运动轨迹方程,为后续CNC加工提供参数依据。
作者：	闵蕾
专业：	工程力学
导师：	何钦象
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文