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自动铺丝是一种重要的复合材料自动化成型工艺,而张力是影响自动铺丝制品质量的重要工艺参数.本文提出了一种以DSP为控制系统核心,以空压制动器以及气缸作为执行元件,以直线位移传感器作为反馈元件的新型张力控制系统,建立了张力控制的数学模型,搭建了软硬件实验平台.基于该平台,分别开展了恒张力、张力阶跃和速度阶跃的实验研究.实验结果表明,所设计的张力控制系统响应快,张力动态波动率小,可以满足自动铺丝张力控制的要求.

关键词: 纤维铺放 , 张力控制系统

新型纤维铺放头的方案设计与实验研究

韩振宇 , 孟庆鑫 , 路华 , 富宏亚

玻璃钢/复合材料 doi:10.3969/j.issn.1003-0999.2007.03.013

本文提出了一种新型的纤维铺放头总体机构和控制方案.该方案可实现纤维铺放时纤维纱的剪切、重送、夹紧、施压等功能.方案中利用气缸带动的铰链机构使得切刀或压头动作,实现纤维纱的剪切和夹紧;利用伺服电机驱动的摩擦轮和风力辅助的方法实现纤维纱的重送;利用气缸和压辊实现对纱带在模具表面的加压,通过调整气缸压力的大小来达到给定的压力.原理样机研制表明该装置夹紧、剪切动作迅速、可靠,重送位置准确,证明了该铺放头方案的可行性.

关键词: 纤维铺放 , 铺放头 , 方案设计

90°弯管的纤维缠绕线型设计

韩振宇 , 富宏亚 , 王永章 , 付云忠

玻璃钢/复合材料 doi:10.3969/j.issn.1003-0999.2004.05.010

针对90°弯管的纤维缠绕问题,应用微分几何曲面理论分别得到了圆环面的测地线和圆柱面的非测地线表达式,生成了纤维路径,并且通过在圆柱段端头加入停留,解决了弯管缠绕时的布满问题,为90°弯管的纤维缠绕奠定了理论基础.

关键词: 管道 , 纤维缠绕 , 弯管

复杂形体面片缠绕成型方法的分析与实现

王显峰 , 富宏亚 , 韩振宇 , 王永章

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2006.06.011

通过对复杂形体缠绕成型方法的分析,提出了面片缠绕的思想;同时针对缠绕过程中可能存在的架空问题提出了一套可行的判定准则和解决方案.以面片缠绕理论为基础,针对飞机发动机进气道缠绕成型,编制缠绕控制程序并进行相应的实验,验证了面片缠绕方法的实用性,为航空航天高性能构件的缠绕成型探索了一条新的途径.

关键词: 纤维缠绕 , 飞机进气道 , 缠绕成型

风力叶片的纤维缠绕设计

韩振宇 , 孟庆鑫 , 富宏亚 , 付云忠 , 张勇

玻璃钢/复合材料 doi:10.3969/j.issn.1003-0999.2007.04.010

针对风力发电叶片这种典型的非回转体构件,建立其简化的物理模型和数学模型.并针对叶片主干部分的椭圆柱面,分别推导其测地线和非测地线的微分方程式.在确定封头处缠绕线型时借鉴主干部分纤维缠绕的测地线、非测地线方程,在X、Y两个方向上引入比例系数,两者结合产生缠绕线型.在封头两个平面的交界处,实现纤维由正向缠绕角到反向缠绕角的变化.最后,通过仿真和实验证明了该缠绕设计的可行性.

关键词: 风力叶片 , 纤维缠绕 , 测地线 , 非测地线

三通管的网格缠绕

王显峰 , 富宏亚

玻璃钢/复合材料 doi:10.3969/j.issn.1003-0999.2012.01.010

本文首先根据缠绕三通管过渡区域的需要对三通管进行建模,然后针对过渡区域的具体情况进行缠绕线型规划,将三通管过渡部分分为三个缠绕区分别设计缠绕线型,并安排线型的缠绕顺序以保证缠绕过程的顺利进行,最后针对网格化后的三通管利用网格缠绕理论查找纤维轨迹落纱点,经后置处理后生成机床缠绕代码进行三通管缠绕成型实验.

关键词: 三通管 , 网格缠绕 , 异型件

热塑性复合材料纤维铺放工艺的研究进展

韩振宇 , 李玥华 , 富宏亚 , 邵忠喜

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2012.02.020

热塑性复合材料由于其良好的可焊接性、可循环利用性、抗化学腐蚀性,特别是短时间内就可加工成型等特点,在未来航空航天构件制造领域有着广阔的应用前景.纤维铺放过程中涉及一系列的物理现象,涵盖传热学、热力学、结晶动力学,牛顿流体力学等学科及这些学科的交叉领域.本文以上述学科的相关知识为理论依据,对纤维铺放工艺中的加热工艺,冷却工艺,铺层间强度,纤维铺放压力和残余热应力五方面内容,通过分析其理论模型的建立和求解方法,介绍和讨论了纤维铺放过程中与最终产品质量相关的基体材料结晶度、铺层间紧密接触程度、铺层间熔合度等关键问题及其中涉及的铺放温度、铺放速率、铺放压力等主要工艺参数.同时,本文还总结了国外的研究成果和研究进展,指出其中存在的一些问题,并对今后纤维铺放工艺的研究方向进行了展望.

关键词: 热塑性复合材料 , 纤维铺放 , 加热工艺 , 冷却工艺 , 铺层间强度 , 残余热应力

基于非测地线理论五坐标缠绕的实验研究

文立伟 , 路华 , 富宏亚

玻璃钢/复合材料 doi:10.3969/j.issn.1003-0999.2008.02.013

本文分析了4坐标缠绕对纤维缠绕构件机械性能和质量的影响,提出摆角坐标B轴的意义,并针对椭球压力容器这种典型的回转体芯模,研究了具体的各坐标机器路径.为了解决4坐标纤维缠绕过程中纤维在封头处的扭曲、堆积现象,进行了5坐标纤维缠绕实验研究.通过4坐标和5坐标的一个标准缠绕线型,分析和对比纱线的变化情况.实验表明,5坐标缠绕较好地解决了封头处纤维堆积问题.

关键词: 复合材料 , 非测地线 , 五坐标纤维缠 , 回转体构件