环形编织过程及其织物近真实化几何建模技术研究

摘要

环形编织技术通常用于制备中空结构的纤维增强体复合材料零部件，目前已经大量应用于航空航天领域和汽车行业。环形编织中使用特定形状的编织芯轴，合理设定编织过程中各项工艺参数，在编织机各部的分协同作用下使纱线在芯轴表面上相互交织，形成闭合的双轴向编织增强体。编织角(α)是最直观反映编织增强体结构的参数，表明了纱线的走向，决定编织增强体结构，从而影响编织增强体力学性能。因此为保证编织增强体力学性能达到要求，必须确保编织增强体编织角与期望值具有较高一致性。然而环形编织整个过程中编织纱线运动较为复杂，且纱线彼此间存在大量相互接触作用，最终会导致实际编织增强体编织角与理论编织角始终存在一定偏差。这对制备参数准确且力学性能要求严格编织增强体带来一定困难，是目前制约编织复合材料发展一个重要原因。因此对环形编织过程进行近真实化建模，以及研究各种因素对编织增强体编织角影响已成一个急需解决重要课题。
　　本文首先对环形编织领域国内外研究进行综述，阐述环形编织增强体复合材料研究成果及现状，确立本文研究方向。其次对环形编机织原理与编织增强体结构参数、环编织过程及原理进行研究，分析编织过程中纱线间相互接触受力及其作用机理。总结编织增强体编织角变化三个主要影响因素。第三根据实际编织情况构建有限元仿真模型，采用连续杆单元对柔性纱线进行建模，通过有限元方法对上述影响因素进行验证分析。第四搭建环形编织实验平台，试验中通过调整张力弹簧型号、纱线摩擦系数和编织所用纱线根数三个参数探究编织增强体编织角度影响。最后将实验值、仿真值和理论值进行对比分析对结论进行更为有力验证。总结出不同纱线张力、纱线摩擦系数、纱线接触点数量编织增强体结构参数编织角影响规律:当纱线摩擦系数较大时，编织过程中纱线出现更明显偏移，编织增强体编织角小于理论设定值;当纱线所受张力增大时，编织增强体编织角更接近于理论设定值;编织过程中使用的纱线数量增多时，纱线接触点数量增多，彼此间相互接触作用影响增强，使编织角小于理论设定值。为进一步提编织增强体复合材料结构准确性提供一定理论参考。

目录

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摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究综述

1．3 国内研究现状

1．4 国外研究现状

1．5 主要研究内容

1．6 本章小结

第2章 编织增强体结构形成及纱线间相互接触作用机理

2．1 环形编织原理与编织增强体结构参数

2．1．1 环形编织原理及工艺参数

2．1．2 编织增强体主要结构参数

2．2 编织过程中纱线间相互接触及其作用机理

2．2．1 纱线集中区域理想状态

2．2．2 纱线间相互接触作用

2．2．3 纱线集中区域实际状态

2．3 本章小结

第3章 基于ABAQUS编织仿真模型建立及其原理

3．1 仿真概述

3．2 ABAQUS显式动力学基本理论

3．3 有限元模型构建

3．3．1 纱线模型

3．3．2 纱线间接触问题求解

3．3．3 其他部分有限元模型建立

3．3．4 边界条件与仿真参数设定

3．4 仿真结果后处理

3．5 仿真结果

3．5 本章小结

第4章 实验及结果讨论

4．1 实验平台搭建

4．2 实验设计与进行

4．3 结果分析与讨论

4．3．1 摩擦系数影响

4．3．2 纱线张力影响

4．3．3 编织纱线根数影响

4．3．4 结论

4．4 本章小结

第5章 工作总结与展望

5．1 研究工作总结

5．1 后续研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间研究成果