复合材料弯管纤维缠绕成型方法及控制研究

摘要

随着社会的发展和国民经济的增长，人们对工业产品的要求越来越高，而对于一件工业产品而言，其制作材料往往是消费者最关注的。近年来，大力发展复合材料符合我国的绿色低碳经济发展，我国经济的持续发展给复合材料在国民经济各领域的应用提供了广阔的空间，如新能源风力发电机叶片、机械、医疗、石油化工管道等诸多领域。在众多工业领域的纤维增强复合材料制品当中，管道所占的比重逐年越来越大，尤其管道行业中的连接部件——弯管，其所占比重逐年递增，因为在管道行业中，弯管属必不可少的连接配件，连接配件的性能直接决定着管道行业的发展。因此本文针对复合材料弯管的缠绕成型方法及控制进行研究十分重要，不仅具有理论上的指导意义，而且在实际应用中具有远大的现实意义。
　　本研究主要内容包括：⑴通过复合材料弯管纤维缠绕模型的建立，并对其纤维稳定缠绕条件进行推导，给出稳定缠绕线型所需的最小缠绕角，绘制纤维缠绕过程中缠绕角与弯管曲率半径和管半径之比二者的关系曲线图，得出环面上的缠绕规律，确定缠绕角的变化趋势以及管径比与缠绕角之间的关系；⑵采用数值计算功能强大的MATLAB软件，对其整个缠绕过程中的线型进行数值仿真分析，验证文中所提出线型的合理性与正确性；⑶为了实现对复合材料弯管纤维缠绕成型过程的控制，推导与复合材料弯管相配套的弯管纤维缠绕机坐标运动方程，得到纤维缠绕过程中的轨迹坐标，并开发纤维缠绕的数控（NC）代码转换界面，通过输入线型设计所得的已有数据可将其转换成相应的可直接用来被数控缠绕机识别的缠绕加工代码，为实际生产大大的提高了效率，并且降低了成本；⑷针对弯管类非轴对称体部件，基于VB6.0创建可视化界面，可以直观的显示仿真模具的中心曲率半径、管半径、圆柱段长度、纱宽、切点数以及缠绕循环周期等各个相关参数，并基于VB6.0结合MATLAB生成三维仿真效果，使得设计结果能够快速高效的实现仿真模拟，为以后的实际生产提供有力的理论依据。

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1 绪论

1.1 复合材料简介

1.2 纤维缠绕技术

1.3 本课题研究背景、意义及研究现状

1.4 本文主要研究内容

2 复合材料弯管纤维缠绕工艺原理

2.1 复合材料纤维缠绕工艺

2.2 复合材料弯管纤维缠绕类型

2.3复合材料弯管模型的建立

2.4弯管圆环面上的线型设计

2.5弯管缠绕线型仿真

2.6 本章总结

3 复合材料弯管纤维缠绕机构的路径分析

3.1 弯管纤维缠绕成型设备

3.2弯管缠绕机构的工作原理

3.3弯管缠绕机构的运动路径分析

3.4 弯管纤维缠绕的布满计算与分析

3.5 纤维缠绕弯管数控代码的生成

3.6 本章小结

4 基于Visual Basic 6.0的纤维缠绕弯管界面的实现

4.1 Visual Basic 6.0概述

4.2 Visual Basic 6.0的功能和特性

4.3纤维缠绕弯管仿真界面的开发

4.4 本章总结

5 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间所获奖励