取芯软袋翻衬提拉过程的有限元动态仿真

摘要

取芯软袋内翻过程是一个影响因素非常复杂的非线性变形过程，仅依靠人们的实验经验或简化的解析研究，是很难满足工艺设计的需要。同时也很难了解取芯软袋的具体受力情况，而且采用实验研究的方法难以多次再现取芯软袋翻衬过程各种因素影响的规律，实验结果仅限于某一品种或某一条件，因此不具备普遍性。在翻衬提拉过程中，取芯软袋在保持芯管端部的变形行为受很多因素影响，诸如取芯软袋的材料参数、厚度、软袋外套长度、保持芯管端部的半径和保持芯管的内径等，其变形行为十分复杂。为了实现安全提芯，取芯软袋需要保证不发生自锁和破坏。
　　本文以取芯软袋为研究对象，应用宏观均质、各向异性等效原理建立取芯软袋的模型，对取芯软袋在保持芯管上的翻衬提拉过程进行解析分析和动态模拟。同时也采用有限元法对取芯软袋在保持芯管外壁上的提拉过程进行了动态模拟，具体内容如下：
　　1.根据取芯软袋翻衬提拉的运动运用类似欧拉原理分析取芯软袋与保持芯管外壁的受力情况，以及取芯软袋在保持芯管外壁内翻过程的受力情况，建立能够反映取芯软袋翻衬提拉过程的力学模型，并研究取芯软袋的受力情况与其外套长度的关系。结果表明取芯软袋受到的应力随着外套长度的减小而减小。
　　2.根据取芯原理对取芯软袋在保持芯管上翻衬提拉的过程进行适当简化，并合理建立取芯软袋翻衬提拉过程的有限元模型，同时测得相应的材料参数，采用各向异性本构模型和大变形壳单元，对取芯软袋的翻衬提拉过程进行动态模拟，并实验验证。结果表明取芯软袋在保持芯管端部出现应力最大值，并随着外套长度的减小而减小，且有限元模拟结果和实验结果比较吻合。
　　3.基于取芯软袋的材料本构模型，采用有限元方法对取芯软袋的提拉过程进行动态模拟，并实验验证。结果表明取芯软袋受牵拉的头端出现应力最大值，且有限元模拟结果与实验结果相符。
　　4.分别研究并分析了取芯软袋的主泊松比、厚度、保持芯管的壁厚和内径对取芯软袋翻衬提拉过程的影响。结果表明不同主泊松比对取芯软袋的变形和应力分布规律影响较小;取芯软袋的厚度对其受力情况有较大的影响。保持芯管的壁厚为1mm时，取芯软袋受到的应力最小;保持芯管的内径为15mm时，取芯软袋受到的应力相对其他内径较小。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 取芯软袋的特点及主要作用

1．3 取芯软袋力学性能的研究方法概述

1．3．1 织物力学性能的国内外研究现状

1．3．2 管状复合材料力学性能的国内外研究现状

1．4 现有工作中存在的问题

1．5 本课题研究目的意义与内容

1．5．1 研究目的和意义

1．5．2 主要内容

第二章 内翻式软袋的取芯原理与力学特性分析

2．1 内翻式软袋的取芯原理

2．2 内翻式软袋的力学特性分析

2．2．1 取芯软袋与保持芯管外壁的力学分析

2．2．2 取芯软袋在保持芯管外侧的内翻过程力学分析

2．3 取芯软袋应力与其外套长度的关系

2．4 本章小结

第三章 建立取芯软袋翻衬提拉过程的动态有限元模型

3．1 大变形非线性有限元理论概述

3．2 有限元法分析计算思路

3．3 建立取芯软袋与保持芯管几何模型

3．4 建立有限元模型

3．4．1 单元类型

3．4．2 取芯软袋材料模型

3．4．3 模型网格划分与接触设定

3．4．4 施加边界约束与求解控制

3．5 本章小结

第四章 取芯软袋翻衬提拉过程的仿真结果分析

4．1 仿真结果精度检验

4．2 取芯软袋翻衬提拉过程的变形分析

4．3 翻衬提拉过程的应力分布

4．3．1 保持芯管的应力分布

4．3．2 取芯软袋的应力分布

4．4 实验验证

4．4．1 提拉力测试装置的设计

4．4．2 测试方案的实现

4．5 外套取芯软袋的单元应力分布特征

4．6 本章小结

第五章 取芯软袋外套于保持芯管提拉过程的有限元仿真

5．1 取芯软袋提拉过程的有限元模型

5．1．1 几何模型的建立与网格划分

5．1．2 载荷、边界条件和接触定义

5．1．3 K文件的修改

5．2 提拉过程的有限元模拟结果与实验验证

5．2．1 取芯软袋提拉过程的应力分布

5．2．2 实验验证

5．3 本章小结

第六章 影响取芯软袋翻衬提拉过程应力分布的因素分析

6．1 取芯软袋材料参数的影响

6．1．1 取芯软袋主泊松比对其翻衬提拉过程的影响

6．1．2 取芯软袋厚度对其翻衬提拉过程的影响

6．2 保持芯管尺寸的影响

6．2．1 保持芯管壁厚对其翻衬提拉过程的影响

6．2．2 保持芯管内径对其翻衬提拉过程的影响

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 不足与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

附录

致谢