非测地线缠绕理论及应用研究现状

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作者 吴轶城 廖英强‧ 张弛 《航天制造技术》 2024年第1期71-78,共8页

纤维缠绕在压力容器、风力叶片等方面有着广泛的应用,其中纤维缠绕路径是影响性能的一项重要因素。非测地线缠绕的优势在于可以根据需要设计纤维轨迹,使纤维强度得到充分利用。本文对非测地线缠绕的研究现状进行了综合论述,可为优化非... 纤维缠绕在压力容器、风力叶片等方面有着广泛的应用,其中纤维缠绕路径是影响性能的一项重要因素。非测地线缠绕的优势在于可以根据需要设计纤维轨迹,使纤维强度得到充分利用。本文对非测地线缠绕的研究现状进行了综合论述,可为优化非测地线缠绕设计提供参考。 展开更多

关键词 复合材料 纤维缠绕 非测地线缠绕 滑线系数

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基于非测地线理论的六坐标纤维缠绕机运动方程 被引量：8

2

作者 付云忠 富宏亚 +1 位作者 路华 王永章 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期621-623,共3页

简述了纤维铺设原理和六坐标缠绕对于提高缠绕构件质量、实现异型构件缠绕的意义 ,并以回转体为典型构件 ,基于非测地线缠绕理论 ,根据纤维缠绕中丝嘴的运动规律 ,推导出六坐标缠绕机的各坐标运动方程 。

关键词 非测地线理论 纤维缠绕机 缠绕模型 运动方程 复合材料

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基于非测地线理论的回转体缠绕成型的数学模型 被引量：5

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作者 贾延林 富宏亚 +1 位作者 路华 柳林冲 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 1997年第5期46-49,共4页

根据非测地线缠绕的有关理论，详细分析了微机控制纤维缠绕机的丝嘴运动规律，推导出了丝嘴运动方程和芯模的转角方程，为复杂芯模的缠绕以及微机控制纤维缠绕机的推广应用奠定了基础。

关键词 非测地线 纤维缠绕 缠绕机 微机控制 复合材料

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非测地线缠绕稳定条件和缠绕工艺性的判别 被引量：3

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作者 苏红涛 刘华明 路华 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第2期130-135,共6页

本文首次给出一般曲面上非测地线缠绕稳定条件的推导，推导结果还得到了该条件更精确的形式。为判别缠绕工艺性，给出了一种确定曲面外法矢的算法，以此为基础通过分析总结出了非测地线缠绕工艺性的判据。

关键词 纤维缠绕 非测地线缠绕 纤维复合材料 缠绕工艺

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Ⅳ型70 MPa气瓶非测地线缠绕强度分析与爆破试验 被引量：5

5

作者 胡正云 陈明和 潘勃 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2021年第11期94-101,共8页

本文研究了Ⅳ型70 MPa气瓶的非测地线缠绕与爆破强度。首先,通过微分几何和龙格库塔法求解非测地线缠绕角度微分方程,将非测地线缠绕分为固定拐点和固定角度两种模式;然后,采用试验的手段对两种模式非测地线缠绕进行表征,得出稳定缠绕范... 本文研究了Ⅳ型70 MPa气瓶的非测地线缠绕与爆破强度。首先,通过微分几何和龙格库塔法求解非测地线缠绕角度微分方程,将非测地线缠绕分为固定拐点和固定角度两种模式;然后,采用试验的手段对两种模式非测地线缠绕进行表征,得出稳定缠绕范围;最后,对比了测地线与非测地线两种工艺的预测爆破压力,并进行试验验证。结果表明,固定拐点的缠绕模式滑线系数可以达到0.35,而固定角度的缠绕模式滑线系数在[-0.1,0.1]范围之内。采用非测地线缠绕工艺,同时起到了增强封头和筒身的作用,提高了气瓶爆破压力。 展开更多

关键词 非测地线缠绕 龙格库塔 复合材料损伤 Hashin准则

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不等开口压力容器非测地线缠绕的CAD/CAM技术 被引量：4

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作者 李翠云 李辅安 《玻璃钢／复合材料》 CAS CSCD 2010年第3期21-24,共4页

本文针对两端封头开口比大的复合材料容器在缠绕工艺中遇到的纤维滑线问题,对圆筒段路径采用非测地线,封头为近测地线的轨迹,详细讨论了不同结构形式容器缠绕角的求解方法,从而实现非测地线路径设计。并给出非测地线稳定缠绕的判别公式... 本文针对两端封头开口比大的复合材料容器在缠绕工艺中遇到的纤维滑线问题,对圆筒段路径采用非测地线,封头为近测地线的轨迹,详细讨论了不同结构形式容器缠绕角的求解方法,从而实现非测地线路径设计。并给出非测地线稳定缠绕的判别公式,对缠绕可行性进行了分析判断。最后在此基础上开发了缠绕程序,实现了缠绕工艺的自动化铺层设计和缠绕成型,对不等开口容器的缠绕设计和工艺具有指导性作用。 展开更多

关键词 不等开口 压力容器 非测地线 线型

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基于非测地线理论五坐标缠绕的实验研究 被引量：1

7

作者 文立伟 路华 富宏亚 《玻璃钢／复合材料》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期53-56,共4页

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... 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。 展开更多

关键词 复合材料 非测地线 五坐标纤维缠 回转体构件

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压力容器封头非测地线缠绕的CAD 被引量：2

8

作者 李先立 《玻璃钢／复合材料》 CAS CSCD 1995年第4期39-43,共5页

本文讨论了工程上常用的几种压力容器封头非测地线缠绕计算公式：缠绕角方程、包角方程、丝嘴运动方程、纤维厚度和应力方程等。给出了ＣＡＤ主要内容和框图，为工程应用和教学提供了基础。

关键词 纤维缠绕 压力容器 非测地线 封头 CAD

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复合材料球形气瓶非测地线缠绕线型设计和强度分析 被引量：7

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作者 刘萌 祖磊 +2 位作者 李书欣 汪洋 胡松 《玻璃钢／复合材料》 CSCD 北大核心 2018年第2期8-14,共7页

碳纤维复合材料球形气瓶因其较高的比强度、比刚度和抗疲劳性,被广泛应用于航空航天及民用工业领域。基于微分几何理论,推导出满足球形气瓶缠绕基本原理的落纱点轨迹方程,给出缠绕线型轨迹和缠绕角应该满足的稳定缠绕条件,并对缠绕轨迹... 碳纤维复合材料球形气瓶因其较高的比强度、比刚度和抗疲劳性,被广泛应用于航空航天及民用工业领域。基于微分几何理论,推导出满足球形气瓶缠绕基本原理的落纱点轨迹方程,给出缠绕线型轨迹和缠绕角应该满足的稳定缠绕条件,并对缠绕轨迹进行仿真。考虑球壳的变曲率特点,针对球形气瓶缠绕层进行变厚度、变角度的精细化有限元建模,对工作压力下的气瓶内衬和缠绕层各向应力分布进行数值模拟和分析,并预测了气瓶的爆破压强。结果表明,优化设计得到的缠绕线型参数既能满足缠绕工艺的基本要求,又有效提高了球形气瓶的结构力学性能。研究成果对复合材料球形压力容器的设计制造具有重要的意义。 展开更多

关键词 复合材料 纤维缠绕 压力容器 非测地线 爆破压强

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铝内衬碳纤维复合材料压力容器非测地线缠绕与强度分析 被引量：2

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作者 YUNUSA Mujaheed 祖磊 TAPA Arnauld Robert 《玻璃钢／复合材料》 CAS 北大核心 2019年第12期54-61,共8页

本文对碳纤维缠绕复合材料压力容器进行了非测地线缠绕线型设计、有限元仿真和纤维缠绕与水压爆破实验。根据非测地轨迹确定了复合材料压力容器的最佳缠绕参数;采用有限元软件ABAQUS对其受压状态下的应力应变值进行分析,研究内压为35 MP... 本文对碳纤维缠绕复合材料压力容器进行了非测地线缠绕线型设计、有限元仿真和纤维缠绕与水压爆破实验。根据非测地轨迹确定了复合材料压力容器的最佳缠绕参数;采用有限元软件ABAQUS对其受压状态下的应力应变值进行分析,研究内压为35 MPa时压力容器的应力状态,并预测其爆破强度为92.2 MPa;缠绕实验在五轴数控缠绕机上进行,使用T800碳纤维制备了铝合金内衬复合材料压力容器,其纤维缠绕层共26层,缠绕完成后纤维排列整齐均匀,无滑纱现象。固化后其爆破压强为87.5 MPa,与仿真结果相对误差为5.1%,验证了仿真分析的可行性。 展开更多

关键词 复合材料 压力容器 非测地线 纤维缠绕 爆破压强

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玄武岩纤维气瓶非测地线缠绕强度模拟与爆破试验

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作者 赵冠熹 何太碧 +2 位作者 李明 韩锐 汪霞 《油气储运》 CAS 北大核心 2023年第5期577-585,共9页

纤维缠绕增强耐压容器在封头处易出现应力集中和纤维堆积,是其整体破坏失效的薄弱环节,强化气瓶承压时的封头安全性能尤为重要。选择玄武岩纤维增强复合材料气瓶为研究对象,计算得出偏离测地线0°~9°范围缠绕时,可实现稳定的... 纤维缠绕增强耐压容器在封头处易出现应力集中和纤维堆积,是其整体破坏失效的薄弱环节,强化气瓶承压时的封头安全性能尤为重要。选择玄武岩纤维增强复合材料气瓶为研究对象,计算得出偏离测地线0°~9°范围缠绕时,可实现稳定的非测地线缠绕。建立不同缠绕角度的气瓶有限元分析模型,分析其对气瓶封头应变分布的影响。结果表明:随着缠绕偏离角的增大,在35 MPa工作压力下,封头最大应变和应变分布范围均在23°缠绕角时最小;在119 MPa最小爆破压力下,封头处的最大应变在23°缠绕角出现拐点;沿封头内外壁路径的应力分布表明,非测地线缠绕可明显降低整个封头部位的应力。通过水压爆破试验进一步验证了数值模拟结果,研究结果可为优化压缩天然气和氢气储运装备的安全性提供参考。(图13,表3,参25) 展开更多

关键词 复合材料气瓶 玄武岩纤维 非测地线缠绕 有限元分析 水压爆破试验 安全性

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基于非测地线纤维缠绕压力容器线型设计与优化 被引量：18

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作者 祖磊 穆建桥 +1 位作者 王继辉 李书欣 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1125-1131,共7页

为较好地满足纤维轨迹路径的稳定与均布,与传统测地线缠绕模式不同,提出了非测地线纤维缠绕压力容器的纤维线型方程,给出了非测地线型模式和缠绕参数的最优化设计方法,分析了环形缠绕机芯模和丝嘴的相对缠绕速比,结合均匀布满条件对优... 为较好地满足纤维轨迹路径的稳定与均布,与传统测地线缠绕模式不同,提出了非测地线纤维缠绕压力容器的纤维线型方程,给出了非测地线型模式和缠绕参数的最优化设计方法,分析了环形缠绕机芯模和丝嘴的相对缠绕速比,结合均匀布满条件对优化线型进行了调整。将计算机仿真技术应用到环形容器的缠绕线型设计与验证中,研究了CAD系统各组成模块的功能及实现方法,对非测地线缠绕成型进行了计算机图形仿真与检验。结果表明:设计得到的非测地线满足缠绕工艺的基本要求;采用最优化的非测地线模式进行缠绕,可使非测地线缠绕角集中在筒形压力容器的最佳缠绕角55°附近,有效提高了压力容器的结构承载性能。 展开更多

关键词 复合材料 纤维缠绕 压力容器 非测地线 线型设计

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T700碳纤维增强树脂复合材料气瓶封头非测地线缠绕强度 被引量：12

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作者 刘培启 杨帆 +4 位作者 黄强华 王迪 陈祖志 耿发贵 古纯霖 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期2772-2778,共7页

利用微分几何理论和四阶龙格库塔法求解气瓶封头上T700碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)非测地线缠绕角微分方程,得到稳定的非测地线缠绕轨迹;利用有限元仿真软件建立T700CFRP缠绕气瓶有限元模型,分析不同非测地线轨迹对工作压力(30MPa)下T... 利用微分几何理论和四阶龙格库塔法求解气瓶封头上T700碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)非测地线缠绕角微分方程,得到稳定的非测地线缠绕轨迹;利用有限元仿真软件建立T700CFRP缠绕气瓶有限元模型,分析不同非测地线轨迹对工作压力(30MPa)下T700CFRP缠绕气瓶强度的影响,并采用渐进损伤模型分析爆破压力的变化规律。对于封头高h=50mm的T700CFRP缠绕气瓶,滑线系数为0.2时承载能力最强,比T700CFRP测地线缠绕气瓶提高了7MPa,约为6.4%;对于封头高h=160mm的T700CFRP气瓶,滑线系数为0.2时承载能力最强,比T700CFRP测地线缠绕气瓶提高了6MPa,约为11.5%。结果表明,优化设计得到的缠绕线型既能满足缠绕工艺的基本要求,又提高了T700CFRP缠绕气瓶的结构力学性能,可为实际缠绕工艺提供参考。 展开更多

关键词 龙格库塔法 非测地线缠绕 有限元模型 承载能力 渐进损伤

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FRP球容器扩(缩)孔非测地线FW运动分析

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作者 田会方 吴耀楚 《武汉工业大学学报》 CSCD 1998年第3期67-69,共3页

介绍了FRP球形容器四轴纤维缠绕（FW）扩（缩）孔过程中的非洲地线FW。为了在四轴微机控制缠绕机上实现这种连续稳定过渡缠绕，将过渡的两个极孔之间的球台简化成园台，引入纤维与芯模、纤维与纤维之间的综合摩擦系数μ。通过非洲地线F... 介绍了FRP球形容器四轴纤维缠绕（FW）扩（缩）孔过程中的非洲地线FW。为了在四轴微机控制缠绕机上实现这种连续稳定过渡缠绕，将过渡的两个极孔之间的球台简化成园台，引入纤维与芯模、纤维与纤维之间的综合摩擦系数μ。通过非洲地线FW纤维受力分析，引入控制参数．推导出4—D微机控制运动方程，并建立缠绕软件。 展开更多

关键词 球形容器 非测地线缠绕 玻璃钢 缠绕 扩孔

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不等开口纤维增强树脂复合材料缠绕壳体非测地线线型设计 被引量：8

15

作者 郭凯特 王春 +1 位作者 文立华 校金友 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1189-1199,共11页

线型设计是纤维增强树脂(FRP)复合材料缠绕壳体设计的一项重要研究内容,它对壳体FRP复合材料缠绕制品的质量起关键作用。本文针对不等开口极孔或不同形状封头的FRP复合材料压力容器壳体,基于非测地线缠绕方程,提出了一套非测地线缠绕线... 线型设计是纤维增强树脂(FRP)复合材料缠绕壳体设计的一项重要研究内容,它对壳体FRP复合材料缠绕制品的质量起关键作用。本文针对不等开口极孔或不同形状封头的FRP复合材料压力容器壳体,基于非测地线缠绕方程,提出了一套非测地线缠绕线型设计方法,建立了根据已知缠绕线型和芯模转角来确定相应的切点数和纱片宽度的计算模型,开发出了一套FRP复合材料缠绕壳体仿真软件系统,对非测地线缠绕线型进行了计算机图像仿真与检验。结果表明:各个设计区间的仿真结果满足设计要求,没有出现缠绕角突变、纤维分布不规律和纤维在局部严重重叠等异常现象。该仿真软件系统可以为工程人员在实际壳体缠绕之前提供参考,缩短缠绕线型迭代试错周期,同时也为后续缠绕角及缠绕顺序等缠绕参数的优化奠定了基础。 展开更多

关键词 复合材料压力容器 纤维增强树脂基(FRP)复合材料缠绕 非测地线 缠绕线型 图形可视化

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FRP固体火箭发动机壳体的非线性FW线型分析 被引量：2

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作者 吴耀楚 张吉法 田会方 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第4期85-87,共3页

对纤维增强复合材料 (FRP)固体火箭发动机壳体的纤维缠绕 (FW)线型进行了简要地分析。鉴于封头曲面上 FW线型稳定性对于线型参数变化十分敏感 ,分析封头 FW线型时 ,本文仍从测地线方面来考虑。依此 ,两赤道圆处 FW角必须以左右封头几何... 对纤维增强复合材料 (FRP)固体火箭发动机壳体的纤维缠绕 (FW)线型进行了简要地分析。鉴于封头曲面上 FW线型稳定性对于线型参数变化十分敏感 ,分析封头 FW线型时 ,本文仍从测地线方面来考虑。依此 ,两赤道圆处 FW角必须以左右封头几何尺寸及测地线 FW条件来确定。在对筒身段非测地线 FW可行性讨论中 ,提出了筒身段实现非测地线 FW的条件 ,同时推导出了筒身段非测地线 展开更多

关键词 FRP FW线型分析 火箭发动机壳体 纤维缠绕 非测地线缠绕 纤维增强复合材料 生产工艺

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基于非线性有限元理论的复合材料壳体缠绕参数优化设计 被引量：2

17

作者 祖磊 范文俊 +5 位作者 张骞 牟星 吴世俊 张桂明 吴乔国 耿洪波 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2022年第10期5-12,32,共9页

本文基于非线性有限元理论,对承受内压载荷的复合材料壳体进行缠绕参数优化设计。采用截锥壳单元和薄壳理论建立了复合材料壳体强度分析模型,取得了与固体火箭发动机壳体水压试验吻合的结果,与商业有限元软件ABAQUS的对比结果表明该模... 本文基于非线性有限元理论,对承受内压载荷的复合材料壳体进行缠绕参数优化设计。采用截锥壳单元和薄壳理论建立了复合材料壳体强度分析模型,取得了与固体火箭发动机壳体水压试验吻合的结果,与商业有限元软件ABAQUS的对比结果表明该模型具有较高的计算效率,可以用于复合材料壳体的应力分析及爆破压力预测;采用该强度分析模型与遗传算法相结合对复合材料壳体螺旋层的非测地线缠绕滑移系数进行优化设计,得到在滑移系数为0.19时壳体的爆破压力最高,与测地线缠绕相比提高了10.7%。结果表明在设计复合材料壳体时,借助该平台可以针对螺旋层的滑移系数进行优化设计,使产品达到最佳的力学性能。 展开更多

关键词 复合材料壳体 有限单元法 几何非线性 非测地线缠绕 优化设计

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碳纤维增强碳/碳坩埚预制体柔性缠绕成形系统设计与实验研究 被引量：1

18

作者 王征 董九志 +1 位作者 陈云军 蒋秀明 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1184-1190,1198,共8页

为解决目前手工增强缠绕碳/碳坩埚预制体无法保证产品一致性及生产效率低下的问题,设计了一种碳纤维增强坩埚预制体柔性缠绕成形系统。基于非测地线法提出了适用于一端平面封头一端椭球封头特殊回转体结构坩埚芯模的线型设计流程,介绍... 为解决目前手工增强缠绕碳/碳坩埚预制体无法保证产品一致性及生产效率低下的问题,设计了一种碳纤维增强坩埚预制体柔性缠绕成形系统。基于非测地线法提出了适用于一端平面封头一端椭球封头特殊回转体结构坩埚芯模的线型设计流程,介绍了计算机辅助线型设计的各个模块及实现方法,并对设计线型进行了仿真;根据缠绕特性设计了四自由度专用缠绕机运动机构,基于可编程控制器和触摸屏设计了四自由度缠绕机控制系统,并进行了碳纤维增强缠绕实验。实验结果表明:缠绕机运行稳定,纤维可连续稳定地缠绕在芯模表面,所设计的系统可实现碳纤维增强碳/碳坩埚预制体的自动化缠绕。 展开更多

关键词 碳/碳预制体 碳纤维增强缠绕 非测地线 线型轨迹 控制系统

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纤维缠绕工艺在复合材料压力容器上的研究进展 被引量：2

19

作者 黄泽升 竺铝涛 +1 位作者 沈伟 陈立峰 《现代纺织技术》 北大核心 2023年第2期230-243,共14页

与金属压力容器相比,采用纤维缠绕工艺制备的复合材料压力容器具有很好的减重效果,改变了氢气、天然气等一次性能源储存和运输原则。首先介绍了网格理论提供了纤维缠绕压力容器壳体设计解决方案;其次指出了非测地线缠绕工艺的研究引领... 与金属压力容器相比,采用纤维缠绕工艺制备的复合材料压力容器具有很好的减重效果,改变了氢气、天然气等一次性能源储存和运输原则。首先介绍了网格理论提供了纤维缠绕压力容器壳体设计解决方案;其次指出了非测地线缠绕工艺的研究引领了对纤维缠绕线型设计的发展;然后对不同缠绕工艺进行对比分析综述出复合材料压力容器在缠绕层成型工艺、缠绕层质量以及缠绕层检测标准3个方面的研究进展;最后总结了目前纤维缠绕工艺在复合材料压力容器上的发展趋势并进行展望。 展开更多

关键词 网格理论 非测地线缠绕 压力容器 湿法缠绕 失效分析

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碳纤维增强坩埚预制体缠绕线型轨迹研究

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作者 王征 董九志 +1 位作者 陈云军 蒋秀明 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2023年第7期112-119,共8页

本文针对针刺碳/碳坩埚整体连续纤维不足和周向力学性能较差的问题,采用碳纤维增强缠绕碳/碳坩埚预制体。基于非测地线理论建立稳定缠绕方程,以切点法为基础,结合标准线法总结了非轴对称封头壳体的缠绕线型规律,推导出纤维均匀布满时的... 本文针对针刺碳/碳坩埚整体连续纤维不足和周向力学性能较差的问题,采用碳纤维增强缠绕碳/碳坩埚预制体。基于非测地线理论建立稳定缠绕方程,以切点法为基础,结合标准线法总结了非轴对称封头壳体的缠绕线型规律,推导出纤维均匀布满时的中心转角计算公式,建立了优化求解封头段滑移系数和圆柱段滑移系数的计算模型,提出了碳/碳坩埚预制体增强碳纤维缠绕的线型设计流程,基于等悬长约束条件,对四轴缠绕机各轴运功轨迹方程求解。对缠绕线型和缠绕机运动轨迹进行仿真,研究了切点数对缠绕线型及运动轨迹的影响。进行缠绕试验,结果表明:计算模型设计合理,纤维可以实现连续稳定缠绕,并且经过一定循环后实现均匀布满,验证了各轴运动轨迹方程的正确性和线型设计方法的可行性。 展开更多

关键词 碳/碳预制体 滑移系数优化 线型设计 非测地线缠绕 运动轨迹规划 复合材料

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