基于空间群P4对称性的三维编织材料的结构及工艺研究

摘要

三维编织材料具有高比强度、高比模量，高的损伤容限和断裂韧性，在航空航天、体育用品和汽车等结构件中得到应用。受加工方法的制约，用群论推导的很多新三维编织几何结构还无法加工。传统三维编织材料受加工效率低和生产成本高等因素的影响，急需开发新几何结构的三维编织材料及其加工工艺。
　　本文针对基于空间群P4对称性的三维编织材料主要进行了以下研究工作：
　　满足空间群P4对称性的三维编织几何结构已被证明是一种合理的纱线交织方式，考虑该几何结构的完整性和表面纱线的连续性，分析编织纱线在三维空间的运动规律，进而获得板块三维编织材料的完整几何结构。用代表性体积单元法分析该三维编织材料的几何结构，建立板块三维编织材料的数学模型，计算三维编织材料单元结构参数和预测纤维体积百分含量，并试验验证编织工艺的可行性。
　　基于空间群P4对称性的管状三维编织材料的细观结构及其单元特性，建立管状三维编织材料细观结构的几何模型，分析编织几何结构参数的变化关系，并预测管状三维编织材料的纤维体积百分含量及变化趋势。分析管状三维编织材料的编织工艺及纱线的空间拓扑结构，试验验证管状编织工艺的可行性。
　　针对基于空间群P4对称性的板块三维编织材料的加工工艺要求，分析编织工艺中携纱器的运动规律，初步设计了加工板块三维编织材料的工艺装备。携纱器的横向运动采用链传动机构驱动，实现携纱器的精确定位和运动循环，动力采用步进电机，实现间歇进给；携纱器的纵向运动采用气动机构实现其快速定位，用可编程控制器实现横纵运动的顺序控制。
　　本文根据满足空间群P4对称性的三维编织几何结构的理论研究结果，分析其板块和管状结构的编织工艺，建立三维编织几何结构的数学模型，设计板块编织工艺装备，为新三维编织材料的进一步开发研究打下了理论基础，丰富了三维编织材料的品种。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研究存在的问题

1.5 主要研究内容

第2章 基于空间群P4对称性的板块三维编织材料

2.1 板块三维编织材料的几何结构

2.2 板块编织工艺

2.3 板块三维编织材料的数学模型

2.4 板块编织工艺的试验验证

2.5 本章小结

第3章 基于空间群P4对称性的管状三维编织材料

3.1 管状三维编织材料的几何结构

3.2 管状编织工艺

3.3 管状三维编织材料的数学模型

3.4 管状编织工艺的试验验证

3.5 本章小结

第4章 基于空间群P4对称性的板块编织工艺装备设计

4.1 编织工艺装备的结构设计

4.2 编织工艺装备的传动方案设计

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果