纤维缠绕复合材料固化成型中纤维密实过程数值模拟

纤维缠绕复合材料固化成型过程中,缠绕制件的纤维密实程度及单层厚度受缠绕张力、树脂流动影响较大。基于Squeeze-sponge模型,发展了适用于纤维缠绕复合材料固化成型的树脂流动/纤维密实模型。该密实模型考虑了固化度、温度、树脂黏度、渗透率等参数随固化时间的变化特性,并引入缠绕张力、缠绕图案等缠绕特征,实现缠绕制件纤维密实过程的数值模拟。通过对比文献结果,证明了密实模型的可靠。基于密实模型,对不同缠绕张力制度下的纤维密实程度进行数值模拟,结果表明,相较于各层缠绕张力相等的缠绕制度,采用层间压力相等的缠绕制度时,树脂分布更加均匀,各层纤维体分比数值趋于一致,且适当提高远离树脂出口位置的缠绕张力可实现各层纤维体分比数值相等。     

CNG-2环向缠绕气瓶纤维缠绕残余预应力的优化设计

复合材料气瓶压力容器的纤维缠绕预应力对容器的性能有很大的影响,合理设计纤维预应力可提高复合材料容器的综合性能。借助ANSYS有限元软件,建立了带有纤维缠绕残余预应力的环向缠绕气瓶的有限元参数化模型。在模型中,将纤维缠绕层视为复合材料层合板。按照GB 24160—2009《车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶》的规定,并结合各工况下应力水平的要求建立数学模型,对环向缠绕气瓶的纤维缠绕残余预应力进行优化,得到纤维缠绕残余预应力的最优值,使内胆在工作压力下有较低的应力水平,提高了气瓶的可靠性。     

挠度对大长径比复合材料壳体缠绕成型质量影响研究

大长径比复合材料缠绕成型壳体在成型过程中会产生挠度。本文针对挠度对壳体的缠绕线型、缠绕张力和固化残余应力的影响开展研究。通过解析计算和数值仿真建立大长径比复合材料壳体几何模型和有限元模型。分别采用测地线缠绕方法探究挠度对纤维缠绕线型的影响;采用正轴偏轴应变转换方法探究挠度对纤维缠绕张力的影响;采用CHILE本构模型探究挠度对纤维缠绕固化残余应力的影响。通过对大长径比复合材料壳体的仿真分析发现,挠度对纤维缠绕线型影响较小,挠度对纤维缠绕张力有一定的影响,张力随着壳体挠度位移值的增大而增大,挠度对纤维缠绕固化残余应力有一定的影响,且在壳体周向规律分布。     

大张力缠绕碳纤维复合材料高速飞轮转子研究

碳纤维复合材料由于其较高的比强度、比刚度以及不产生高频涡流损耗等特点,日益广泛地被用来制造高速飞轮转子护套。另外,大张力缠绕相比压装等工艺更适用于施加碳纤维复合材料层与金属轮毂间的过盈配合。研究了大张力缠绕复合材料飞轮转子护套的设计与成型工艺,建立了复合材料护套的三维有限元模型,采用温差法模拟纤维缠绕张力,采用单元生死法模拟逐层缠绕及固化过程。在30000 RPM的转速及不同工作温度下,分析了缠绕张力及轮毂和转轴间过盈量对转子各材料界面处压应力的影响规律。此外,采用大张力缠绕工艺制备了高速飞轮转子碳纤维护套样件,测试了样件护套对金属轮毂的径向压应力以及轮毂径向应变。结果表明,基于仿真模型的计算值与样件测试值吻合良好,获得了飞轮转子的最佳几何外形和制备工艺参数,使转子的最大工作外缘线速度达697 m/s,最大储能密度为44.5 Wh/kg。研究成果对复合材料高速飞轮转子护套的设计与制造具有重要的意义。     

定长圆管的非测地线缠绕计算

1.概述 缠绕法制造复合材料圆管有连续缠绕和定长缠绕两种工艺方法。连续缠绕法是由与芯轴成β_1、β_2角单走向的两束浸胶纤维缠绕、快速固化而成。定长缠绕法是往返式的螺旋缠绕层和环向缠绕层的组合,这种管子其力学性能是轴对称的,在内压作用下不会产生“扭曲”或“弯曲”变形,能延缓树脂基体及其界面的开裂,具有比连续缠绕的管子更好的抗渗漏能力。 定长管的缠绕在工艺上、设备设计上有所谓两端回程时的滑线问题。要使纱线缠绕到两端不滑线,就要借助于芯模表面或缠绕层表面的摩擦力及合理的丝嘴回程运动控制。首先要     

基于响应曲面法的热芯缠绕芯模结构优化

热芯缠绕工艺是实现复合材料壳体高效缠绕的新工艺,内加热芯模温度均匀性是保证制品成型质量的关键。以该工艺中的缠绕芯模为研究对象,选择小孔位置为优化变量,利用Box-Behnken试验设计方法设计一个三因素三水平的试验方案,对每个方案进行Fluent数值模拟,在芯模上标定温度跟踪点,计算芯模外表面温度跟踪点的均方差作为试验响应值。将得到的响应值利用最小二乘法拟合二阶响应曲面方程,利用统计分析软件Minitab分析得到最优位置组合。最后依据最优方案再次建模进行Fluent仿真验证。结果表明,模拟值与模型预测值吻合良好,芯模外表面温度均方差仅为1.96K,温度均匀性良好。     

高速永磁电机转子碳纤维护套的缠绕张力计算研究

表贴式高速永磁电机转子的永磁体不能承受高速旋转时产生的离心力,为此研究了一种特殊的大张力环向缠绕碳纤维护套,由于缠绕时张力的施加,这种碳纤维护套会在永磁体外表面形成一定的预压力,从而保护永磁体在高速旋转时不被离心力破坏。基于弹性力学相关理论,提出了计算缠绕张力作用下纤维层应力分布及其对永磁体预压力的方法。通过不同张力缠绕实验确定碳纤维缠绕工艺极限张力,以此为基础,分别采用解析法和有限元法计算了不同张力制度下的纤维层剩余应力,并在大张力缠绕电机转子实验中测试了纤维层提供的预压力。结果表明,解析法能较为准确地预测出碳纤维缠绕层的应力分布情况及其对永磁体的压紧力,且解析结果和有限元的误差很小,和实验测试结果的误差在可接受范围之内,所提出的大张力环向缠绕碳纤维护套可以满足永磁电机转子高速旋转的要求。     

一种水处理滤沙罐复合材料纤维缠绕工艺设计

在分析水处理滤沙罐复合材料缠绕原理的基础上,建立了罐体的缠绕模型,确定了纤维缠绕角度和方法,通过分次固化工艺、表面铺贴收缩膜、螺旋缠绕和环向缠绕相结合的方式对水处理滤沙罐进行缠绕制造。打压试验表明,缠绕的罐体强度满足要求。     

纤维缠绕复合材料制品收缩变形原因的探讨

本文从纤维缠绕张力、树脂收缩、热应力、芯模等方面探讨了对纤维缠绕复合材料制品收缩变形的影响。     

树脂基碳纤维卷铺管件热残余应力分析

对树脂基碳纤维卷铺管在高温固化后冷却至室温过程中进行了热应变实验,基于实体单元的分层属性建立了多种铺层复合材料管件的热残余应力数值模型,数值计算结果与实验结果吻合较好。在该数值模型基础上,从纤维方向应力的角度分析了铺层角度、环向层纤维含量、环向层铺设位置以及径厚比对卷铺管件热残余应力的影响。结果表明,上述诸因素均对残余应力有较大的影响,(±φ)_n铺层和90°/0°正交组合铺层中的0°纤维在纤维方向上残余应力均为轴向受压、环向受拉,该应力状态可能导致管件出现微裂缝等初始缺陷。     

薄壁钢内衬CF圆筒承压性能仿真及水压爆破试验

针对含薄壁钢内衬的碳纤维缠绕圆筒典型结构,建立三维有限元模型,采用温度参数法逐层计算内衬剩余应力,并预测其承压性能;基于水压爆破试验,研究了多缠绕角下缠绕张力、不同碳纤维等级对钢内衬及复合材料圆筒承压能力的影响,并结合钢内衬的声发射振铃计数特征判别载荷屈服点。试验结果表明,含薄壁钢内衬的碳纤维缠绕圆筒的最佳缠绕张力为75 N左右,T700,T300两种强度碳纤维复合圆管的钢内衬最大屈服载荷基本相同。     

绕线机绕线张力控制方法分析

分析胶管和电缆等纤维线绕线机的绕线过程和绕线张力,得出绕线张力变化发生在排线跃层提速的过程中,建立了恒转速模式下的绕线张力计算模型,得出绕线张力变化率正比于小线轴卷绕转速平方和线直径,并给出了恒转速控制方法的应用范围,其经济性好。与恒转速控制方法相比,当选取的小线轴卷绕转速和线直径较大时,恒线速度控制方法的绕线张力控制效果更优,但系统复杂性和成本显著提高。     

钢丝缠绕液压胶管设计优化有限元分析

钢丝缠绕胶管的爆破压力、轴向变形和径向变形与钢丝缠绕角度密切相关,目前的研究和工程实践中主要是基于压力容器薄膜应力理论和经验公式对四层排布角度相同或者相近的软管进行分析和设计。但是由于薄膜理论的假设建立在胶管小变形和材料各向同性的假设条件下,而由于各层钢丝在受力后,会发生耦合作用,工程上已发现四层角度相同的设计,无论在受力,还是轴向位移都不是最佳方案,不能满足优化的目的。因此,本文使用有限元的分析方法,对四层缠绕胶管的排布角度进行独立优化,发现四层钢丝缠绕胶管每层角度的变化对其本层和其他三层的应力分布均有影响,并且有一定的规律性。利用这一规律,可以实现对钢丝缠绕胶管排布角度的优化,使爆破压力和变形都达到符合使用要求的结果。本文分析的结果被证明和工程试验结果有很好的相关性。     

基于模糊神经网络的薄膜收卷锥度张力控制系统

薄膜生产中恒张力收卷和恒力矩收卷易出现膜卷褶皱及端面不齐等现象。为此。建立膜卷力学模型,分析张力变化规律,采用锥度张力收卷模型并建立控制系统,采用模糊神经PID控制器实时调节收卷转速,对张力进行间接补偿。仿真与试验结果表明：该控制系统具有更好的静、动态特性和自适应性,较好地解决了薄膜收卷系统张力控制难题,有效提高了膜卷质量。     

碳纤维缠绕气瓶用环氧树脂体系的固化工艺研究

目前国内外对环氧树脂固化工艺研究较多,但针对LY564环氧树脂体系在高压气瓶特殊应用环境中的研究却较少。本文对该树脂体系进行了不同升温速率的DSC分析,用流变仪对该树脂体系的等温粘度和动态粘度进行了测试,并且用DMA对该树脂体系的玻璃化转变温度进行测定,实验结果表明了LY564环氧树脂体系应用于碳纤维缠绕气瓶的适用性,并确定了该树脂体系的理论固化工艺。     

湿法缠绕用次中温固化的环氧树脂配方

采用自制改性液态芳香胺制得一种低粘度次中温固化环氧树脂体系，通过不同升温速率下的固化过程DSC扫描，研究了该体系的固化反应动力学，并据其优化了体系的固化制度。结果表明，该体系的表观固化反应活化能为38．54kJ／mol，反应级数为0．84。固化度和FT—IR测试表明，体系可在90℃次中温环境中达到固化完全。体系综合性能优良，可满足复合材料湿法缠绕成型对高性能树脂基体的要求。     

调整卷取张力改善浸胶帘子布卷绕成型

介绍了浸胶帘子布卷绕机卷取张力控制系统的原理、应用、参数选择,分析浸胶帘子布卷取成型不良的原因,通过对卷取张力参数的调整,达到了浸胶帘子布成型良好的目的,返卷率大幅降低。     

湿法缠绕用绕丝嘴的研究

通过对绕丝嘴展纱机理的分析，设计了三种结构形式的绕丝嘴；分别测试了绕丝嘴在环向和纵向缠绕时的展纱宽度。通过对绕丝嘴展纱的研究，对三轴缠绕机提出了新要求。认为在四轴缠绕机上应用3#绕丝嘴，将更能精确地控制纱带宽。使缠绕工艺能切实地满足产品的结构设计要求。     

卷绕系统中收放卷的张力控制方法

对卷绕系统中力矩电机及驱动控制器、磁粉制动器/磁粉离合器、丹佛斯VLT5000系列变频器卷绕控制器收放卷的张力控制及优缺点进行了分析比较,用户根据自己的实际需求加以选择,可以达到好的收放卷效果。