纤维缠绕建造技术的研究与展望

纤维缠绕建造技术是一种以无芯纤维缠绕技术为基础,采用自主建造机器人来实现大尺寸纤维缠绕结构及其构件的快速、准确和自动化建造的新型技术。本文针对纤维缠绕技术具有扩展到大尺寸建筑及其构件建造的潜力,首先重点介绍了纤维缠绕技术的基本原理、材料系统、机械设备和关键技术,其次梳理和归纳了这一新型建造技术在建筑施工领域中的应用,最后进一步探索和展望纤维缠绕建造技术的未来发展方向。

高效全自动数控缠绕机的设计开发

随着新能源技术的不断发展,高压气瓶的生产需求日益增长,纤维缠绕成型技术则是生产高压气瓶过程中的一种关键技术.目前纤维缠绕技术在国内发展中依然面临着许多严峻的挑战,如由于有芯纱团自身原因导致纱线缠绕张力控制不均以及缠绕手腕运作时所需的驱动电机过多导致成本过高等问题.故该文以数控龙门式缠绕机为研究对象,设计了一种缠绕手腕装置,然后对纤维缠绕工艺进行优化,提出了一种往复式数控有芯纱团张力控制方法,并通过实验对龙门缠绕机器的性能进行验证.实验表明,经过改进后的缠绕机缠绕速度提升至150 m·min^(-1),缠绕小车运行速度提升至125 m·min^(-1).

新生儿脐静脉置管脐旁缠绕固定法效果观察

目的探讨新生儿脐静脉置管脐旁缠绕固定法的可行性。方法采用前瞻性类实验研究设计,将145例拟接受脐静脉置管新生儿按住院时间顺序分为两组,脐静脉置管成功后对照组(n=67)常规采用密闭式脐周缠绕固定法,干预组(n=78)采用脐旁缠绕固定法。比较两组患儿导管的总留置时间、更换贴膜的次数、导管移位率及脐部并发症发生率等情况。结果干预组导管留置时间显著长于对照组,更换贴膜次数显著少于对照组,脐部并发症(渗血、脐部皮肤感染)发生率显著低于对照组(均P<0.05);两组导管移位、导管相关性感染发生率比较,差异无统计学意义(均P>0.05)。结论新生儿脐静脉置管采用脐旁缠绕固定法,能有效减少更换贴膜次数及并发症发生率,有效保证留置时间。

考虑张力制度影响的碳纤维缠绕容器爆破性能预测与仿真插件开发

针对缠绕张力对碳纤维缠绕容器承载性能影响规律尚不明确的问题,基于ABAQUSTM软件开发了一套用户友好、自主选择性好且高效的插件工具,能够自动化完成模型建立和相关设置工作,实现了考虑多种缠绕工艺参数的容器结构精细化建模。基于该插件工具,对碳纤维缠绕容器在不同缠绕张力制度下的爆破性能进行了参数化分析,通过爆破试验验证了数值模型的有效性。对于直径为Ф155 mm和Ф474 mm的容器,90 N-80 N-60 N和200 N-180 N-160 N逐层减小的缠绕张力制度将提高容器的爆破性能;对于20 N和30 N递减张力制度,直径Ф474 mm容器的爆破压强随着内层张力的减小逐渐降低,当张力递减幅度增加时,容器的爆破压强趋于稳定,其下降幅度由16.79%减小到3.05%。此外,容器封头段与筒身段过渡区域的应变水平最高,为碳纤维缠绕容器的薄弱位置。

直光纤及螺旋缠绕光纤三维地震响应机制

分布式光纤(DAS)测量轴向应变或应变率,其中直光纤接收的是单分量信号,对垂直于光纤入射的波的响应不敏感,螺旋缠绕光纤可接收多分量信号,可以解决上述响应不敏感问题。首先,分析了直光纤及缠绕角分别为35.3°、54.7°的螺旋缠绕光纤的P波、SV及SH波的理论轴向应变率响应;其次,利用三维弹性有限差分模拟了轴向应变率响应;然后,在地表、水平井、竖直井布设DAS,利用均匀模型、双层模型及西南页岩气模型模拟直光纤、缠绕角分别为35.3°、54.7°的螺旋缠绕光纤的地震响应,并将DAS轴向应变率响应与常规检波器的速度z分量、压力分量对比。结果表明:①直光纤接收单分量信息,在垂直于光纤方向接收的波的响应较弱,而螺旋缠绕光纤接收多分量信息,因此在垂直于光纤方向接收的波的响应较强;②缠绕角为35.3°的螺旋缠绕光纤地震记录中无S波响应,其波形与常规检波器压力分量相似,在成像中可以利用声波方程成像。

基于数字孪生的热电池保温棉自动缠绕系统研究

为提高热电池保温棉缠绕工艺的效率与质量,基于数字孪生技术开发了一种保温棉自动缠绕系统。首先,利用NX MCD软件创建保温棉自动缠绕装置的数字孪生映射结构模型,并通过TIA Portal软件实现了模型与实际物理装置以及控制设备之间的信息交互和状态检测,以更准确地反映缠绕动作及状态。然后,建立保温棉自动缠绕过程的力学模型,以深入分析缠绕机理。接着,通过有限元动力学仿真研究了缠绕张力和电堆转速对保温棉缠绕效果的影响,并将仿真结果导入数字孪生系统,以优化数字孪生结构层和控制层程序。最后,通过联合调试成功实现了保温棉缠绕自动化并生产出包覆效果良好的热电池电堆。所采用的研究方法有效地提高了研发效率、加速了设计过程以及降低了试错成本,可为缠绕包装自动化装配研究提供参考。

静水外压下纤维缠绕复合材料圆柱厚壳的稳定性研究

针对静水外压下纤维缠绕复合材料圆柱厚壳的临界屈曲载荷理论预报,本文基于Sander非线性壳体理论,结合圆柱壳变形几何方程以及纤维缠绕层的本构关系,推导出静水外压下纤维缠绕复合材料圆柱厚壳的屈曲控制方程;通过求解控制方程提出一种适用于静水外压下复合材料圆柱厚壳临界屈曲压力预报的解析方法;基于有限元模型对不同缠绕形式和缠绕角下的壳体临界屈曲压力进行对比计算,验证解析方法的准确性;基于解析方法,研究复合材料圆柱厚壳关键几何参数及材料设计对临界屈曲压力的影响。

基于渐进均匀化方法的CFRP缠绕储氢气瓶多尺度仿真研究

为模拟储氢气瓶的碳纤维复合材料(CFRP)缠绕层复杂结构及应力状态,建立介观尺度CFRP缠绕层代表体积单元(RVE),基于渐进均匀化方法求解均质化复合材料的等效材料参数。通过仿真CFRP层合板拉伸试验,验证渐进均匀化方法和宏观等效材料参数的正确性。基于网格理论确定储氢气瓶缠绕层,细观建模内衬相邻环向缠绕层,RVE模拟其余复合材料层,可准确预测气瓶响应。多尺度模拟70 MPa公称压力作用下三种CFRP缠绕层叠顺序结构的Ⅳ型储氢气瓶响应,结果表明:复合材料均质化模型与细观模型相比,复合材料层纤维方向应力的最大误差为8.7%,内衬等效应力最大误差为2%;交替缠绕次数越少,均质化模型误差越小。先螺旋后环向的缠绕方式或可将复合材料气瓶破裂压提高约15%。

基于OPC UA的纤维缠绕机信息模型开发和应用

为实现对复合材料纤维缠绕机生产过程的监测,以缠绕机及其辅助设备为研究对象,针对实际加工设备的多样性造成的加工数据采集的异构性,基于OPC UA建立缠绕机的信息模型架构。根据OPC基金会发布的OPC UA规范和相关的行业标准,建立纤维缠绕机系统的信息模型和实例化。基于开源项目open62541,导入编译后的缠绕机的信息模型代码,自定义开发出符合使用规范的OPC UA服务器,然后利用UA客户端实现对服务器的连接,客户端能够通过服务器查询系统的加工数据,解决加工数据的异构性问题以达到监测缠绕机生产加工过程的目的;最后验证了建立的纤维缠绕机信息模型能够正确导入到开源项目open62541中,实现了加工数据监测。

纤维缠绕角度对复材缠绕管的轴向抗压性能影响分析

在对海洋环境下新型复合材料约束混凝土构件的研究和应用中,不同纤维缠绕角对复材缠绕管轴向压缩性能的影响不可忽视,为此在实验室中分别对纤维缠绕角为45°、60°和80°的玻璃纤维复合材料管开展了轴向压缩试验,分析了三种不同纤维缠绕角度对其轴向压缩性能的影响。结果表明:通过采用一种实用新型简易的试验装置,能够精确测量复材管的轴向受压性能:随着纤维缠绕角的变小,复材管的轴向压缩弹性模量从9.64 GPa提高到13.07 GPa,泊松比从0.13提高到0.74。

面向旋转载体的卫星导航天线相位缠绕问题与分析

为解决卫星导航接收机在小口径旋转导弹应用中无法实现载波连续跟踪问题,本文通过分析小口径旋转导弹接收的卫星导航信号特点,研究载体旋转对接收信号幅度和载波相移的影响,建立载体旋转状态下接收信号的幅度变化模型和载波相移模型,提出了天线相位缠绕会引入额外的载波相移并改进原有的系统模型。依据信号模型进行系统仿真,并搭建了试验环境以证明相位缠绕对载波相位测量引入的误差不可忽略。试验结果表明,本文所改进的相位缠绕系统模型与实测数据均方根误差为11.13°,为卫星导航接收机实现载波跟踪进行精确的相位补偿提供理论依据,进而为提高高速旋转载体卫星导航性能提供理论支撑。

圆形预应力钢丝缠绕正交预紧机架的缠绕分析计算

在预应力钢丝缠绕正交预紧机架结构的基础上提出了一种全新的机架型式——圆形预应力钢丝缠绕正交预紧机架。对该型机架的缠绕进行理论分析和计算,进而求得缠绕施工张力表,为钢丝缠绕施工提供重要理论依据。该型机架的研发是超重型承载机架结构的重要技术突破。

储氢气瓶缠绕层缺陷的多尺度工业CT检测及其成因分析

高压储氢气瓶多采用碳纤维全缠绕方法制备,碳纤维缠绕层通常承担大部分内压载荷,一旦发生损伤将带来严重安全隐患。针对储氢气瓶和碳纤维缠绕层试件,利用工业CT几何放大成像原理,开展缠绕层缺陷的多尺度工业CT检测分析。依据缠绕层分层缺陷厚度对其进行分类,并分析各类分层缺陷的产生原因。利用光镜和扫描电镜技术,表征碳纤维缠绕层试件的显微组织,验证了工业CT开展分层缺陷定性、厚度定量,以及缠绕层缠绕方式判断的准确性。

机器人纤维缠绕装备的研究进展

我国纤维缠绕技术历经60多年的发展,已经成为我国复合材料行业的关键成型技术之一。为了深入了解国内外机器人缠绕装备的发展态势,基于传统的纤维缠绕技术特点概述了机器人和纤维缠绕技术相结合的工艺,论述了有芯模纤维缠绕工艺、无芯模纤维缠绕工艺以及空间纤维缠绕工艺三种形式;重点从国内和国外两个维度概述了机器人纤维缠绕装备研究以及缠绕软件开发的进展。研究得出,基于机器人的纤维缠绕成型装备由于具备的高速度、高精度、高柔性等多重优点使其成为复合材料成型技术的研究热点,也是未来复材成型装备行业的发展趋势。

等极孔气瓶的扩孔缠绕工艺

本文通过纤维缠绕基础理论公式和数值模拟仿真方法,研究纱宽直径比k_(1)、极孔直径比k_(2)对于螺旋缠绕角度α的影响变化规律,研究摩擦系数f、稳定偏差角△α对于非测地线螺旋缠绕角度α′的影响变化规律,使得工程师可以根据摩擦系数f快速计算出稳定偏差角△α。基于等极气瓶稳定偏差角的适用范围,给出扩孔缠绕工艺选择路线,即全测地线扩孔缠绕、非测地线扩孔缠绕、等角扩孔缠绕工艺。根据渐次扩孔直径计算出螺旋缠绕角,进行全测地线扩孔缠绕工艺的缠绕轨迹设计;根据渐次扩孔直径与最大摩擦系数计算出非测地线螺旋缠绕角,进行非测地线扩孔缠绕的缠绕轨迹设计;根据渐次扩孔直径对应螺旋扩孔缠绕角与螺旋切根缠绕角计算出稳定偏差角和摩擦系数,经过调整摩擦系数方法进行等角扩孔缠绕工艺的缠绕轨迹设计。

纤维缠绕管的挂钉工艺参数研究

小缠绕角度的纤维缠绕圆管,因缠绕转向区长度过长而常采用挂钉缠绕工艺。转向区长度是挂钉缠绕工艺的关键技术参数,其由圆管直径、缠绕角、摩擦系数决定。除此之外,纤维缠绕挂钉工艺参数还包括转向区(挂钉区)的挂钉轴向排数、挂钉轴向位置、挂钉环向钉距(或钉数)、挂钉的钉高钉径等工艺参数。本文通过纤维缠绕基础理论公式和数值模拟仿真方法,研究缠绕角度、摩擦系数对于缠绕转向区转长直径比的影响变化规律,使得工程师可以快速根据缠绕角和摩擦系数计算出转长直径比,进而结合圆管直径评估出转向区长度。通过公式计算和软件模拟验证,54.7°缠绕角且0.12摩擦系数时,转长直径比为0.94;45°缠绕角且0.12摩擦系数时,转长直径比为1.73。最后基于临界转长直径比(k_(L)=1),给出圆管类纤维缠绕工艺的三种技术路线,即传统圆管缠绕工艺、柱面转向挂钉工艺、端面转向挂钉工艺。

半圆梁框架变张力缠绕工艺计算方法

区别于传统半圆梁缠绕预紧的变张力计算方法的钢丝预应力相同(A型)和工作应力简化为一次变化的钢丝工作总应力相同(B型),本文提出一种利用计算机计算钢丝工作总应力相同的变张力计算方法D型。特点在于:将积分求解函数变为散点逆推的方法;对一些传统计算公式进行便于计算机计算的调整;增加保护层缠绕影响的计算概念;等张力台阶拟合变张力曲线计算时增加一个拟合数以快速得到工艺输出结果。

数控纤维缠绕机的机械机构设计分析

随着现代工业制造领域的快速发展,数控纤维缠绕技术因效率高和产品性能优异被广泛应用于航空航天、汽车制造及运动器材等领域。数控纤维缠绕机可以通过精确控制纤维材料沿预定路径缠绕,制造出具有特定强度和形状的复合材料结构。因此,本文将针对数控纤维缠绕机的机械机构设计展开探讨,以期为相关领域人员提供理论参考。

非测地线缠绕理论及应用研究现状

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。

基于“尾绳缠绕”防缠绕提升装置研究

近年来,随着能源危机加剧,我国在“化危为机”的思想指导下普遍加强了对煤炭资源的开发利用,尤其是“煤炼油”“煤炼气”相关技术创新进一步扩大了其开采需求与应用范围,推动了煤炭行业向高质量方向的发展。基于此,以此为背景论述了尾绳缠绕问题及危害,按照因果关系原理剖析了导致此类问题的根本原因、主要原因、次要原因,并在此基础上分别从背景技术、技术方案、功能说明、具体实施四个方面,对一种基于尾绳缠绕的防缠绕提升装置进行了具体探讨。