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。

高速永磁电机转子护套张力缠绕激光加热成型过程多物理场耦合分析

随着舰船综合电力系统对电机转速和功率需求的不断增大,传统非导磁金属材料已难以满足大功率高速永磁电机护套机械强度要求,热塑性复合材料强度高、涡流损耗小、护套厚度也远小于金属护套,具有良好的发展前景。该文通过建立热塑性复合材料(T700/PEEK)激光加热成型过程三维温度-流体-运动多物理场耦合分析模型,考虑热塑性树脂熔化相变过程,提出预浸带截面运动速度+力学载荷边界结合局部圆柱坐标系的方法,解决了大张力载荷预浸带缠绕等效模拟难题,实现了考虑材料非线性的大张力缠绕高速电机转子复合材料护套成型工艺过程的多物理场耦合模拟。通过实验测试的温度与仿真结果对比,验证该文建立的多物理场耦合仿真模型的有效性。该研究所得结论对完善高速永磁电机转子复合材料护套张力缠绕工艺具有一定参考价值。

基于变张力缠绕制度的复合材料布带张力模糊控制技术研究

介绍了多功能数控布带缠绕机张力控制系统的结构及复合材料布带缠绕张力的智能控制方法。介绍并优化了一种常用的张力控制系统,建立了数学模型,从提高制品强度和疲劳性能的角度出发,建立了布带的缠绕张力制度,最后详细介绍了基于该缠绕制度的模糊PID智能控制算法。仿真结果表明,这种实时修正PID参数的算法加快了系统的响应速度,抑制了外界干扰,提高了张力控制精度。

高速永磁电机转子碳纤维护套张力缠绕仿真分析

对于表贴式结构的高速永磁电机,其转子永磁体在高速旋转时产生的较大离心力作用下易于发生破坏。采用张力缠绕技术制备的碳纤维复合材料转子护套可以有效确保电机转子安全稳定运行。通过ANSYS Workbench对一台高速永磁电机表贴式转子碳纤维护套张力缠绕进行了有限元仿真分析。结果表明,通过等效温度场法与生死单元法建立的有限元模型较为准确地模拟出了缠绕过程中受应力松弛效应作用下的护套应力场,从而为后续转子运行工况仿真计算提供了输入条件。此外,在纤维缠绕预应力作用下,护套对转子产生的预紧压力可以确保在转子运行过程中永磁体与转轴始终处于压紧状态,并且护套与永磁体仍处于强度安全范围内,转子保持安全稳定运行。

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。

刚性圆柱上环向缠绕张力的分析与设计

为解决环形缠绕层的剩余缠绕张力的分析和设计问题,根据各向同性材料三维本构关系,考虑环向缠绕张力对已缠绕层张力产生的放松量,研究刚性圆柱上环向缠绕层内张力分布的解析解。建立环向缠绕张力与缠绕后剩余张力分布的关系,以及由给定缠绕张力确定缠绕后剩余张力分布的微分方程。提出了由给定剩余张力分布计算缠绕张力变化规律的计算方法。计算获得等张力、等力矩和锥度张力条件下缠绕后剩余张力分布的解析公式,得到缠绕后等张力分布和拆除模具后零张力分布的缠绕张力解析解,以及实现均匀径向应变分布的缠绕张力。与现有文献相比,该模型对缠绕层的张力放松分析更合理,研究结果可用于刚性圆柱形芯模上的剩余缠绕张力分析和缠绕张力设计。

复合材料纤维张力缠绕预应力场动态特性

复合材料纤维张力缠绕技术通过提高纤维的张力水平可充分发挥纤维高强、高模优势,在成型过程中对结构进行预紧,成为解决高速转动部件径向变形大、界面强度低等问题新的有效途径。将每一层纤维的张力缠绕等效为一个含预应力复合材料薄环的叠加,基于正交各向异性复合材料缠绕层和各向同性金属芯模弹性变形理论,建立了纤维张力缠绕力学解析模型,得到芯模和缠绕层预应力场随缠绕层数及缠绕张力的变化规律,并通过复合材料纤维张力工艺试验验证了力学解析模型的正确性。研究发现了纤维张力缠绕中预应力"饱和"现象,并确定了影响张力缠绕预应力场的两个主要参数:缠绕层环径向刚度比E_θ/E_r和张力大小T(r),为复合材料纤维张力缠绕成型工艺提供理论支撑。

缠绕张力对薄壁金属内衬复合材料气瓶性能影响

通过薄壁金属内衬的外压强度试验、不同缠绕张力NOL环以及复合材料气瓶的力学性能试验,采用声发射的检测方法研究缠绕张力对薄壁金属内衬复合材料气瓶的疲劳以及爆破性能的影响。结果表明,薄壁金属内衬的外压强度较小,缠绕张力对复合气瓶的疲劳以及爆破性能影响较大,采用声发射信号以及气瓶的性能试验研究可以指导制定最优化的缠绕张力制度。

缠绕张力对环缠绕复合材料气瓶应力的影响

提出了一种等效降温法,将缠绕张力产生的预应力等效模拟为复合材料层降温产生的预应力,通过理论推导得到了缠绕预应力与复合材料层降温量之间的计算公式,基于等效降温法并利用通用有限元软件研究了缠绕张力对环缠绕复合材料气瓶应力的影响。结果表明:随着缠绕预应力的增大,环缠绕复合材料气瓶内胆工作应力减小、复合材料层工作应力增大;缠绕张力预应力较大时会抵消自紧工艺效果,气瓶工作应力和纤维应力比主要受缠绕张力影响,在进行有限元应力分析和纤维应力比计算时应考虑缠绕张力作用。

干纱缠绕圆柱壳体的缠绕张力

分析了传统纤维缠绕圆柱壳体过程中张力的施加方法,指出了传统张力施加方法中的不足和缺陷.通过力学分析和数学推导,在一定的相关假设和适应范围下,得出了干纱缠绕中均衡缠绕张力的逐层施加公式.

预应力模具钢带缠绕张力控制

综述钢带缠绕模具缠绕张力控制系统的背景和发展状况,分析缠绕张力控制系统结构和缠绕张力建模方法,论述缠绕张力控制策略以及缠绕张力控制算法。结合钢带缠绕张力控制中的变张力、大张力的特点和目前张力建模的缺陷,提出综合考虑放卷与缠绕的建模思想,对钢带缠绕变张力控制策略和控制算法提出新的见解和观点。

缠绕张力公式的研究

详细给出了金属筒体缠绕张力确定公式的推导过程及其公式，给出了应用此公式确定缠绕各层张力的条件和应注意的问题。此公式经过试验数据验证，基本吻合。

纤维缠绕压力容器最佳预应力与缠绕张力关系研究

为提高纤维缠绕压力容器的结构效率,对压力容器纤维缠绕预应力及其内衬形式之间的关系进行了研究,应用压力容器设计的弹性及半弹性分析方法,推导出纤维缠绕张力及其界面最佳预应力之间关系的表达式。

缠绕张力模糊控制的研究

缠绕张力是影响缠绕制品质量的主要因素之一,本文针对金属丝编绕张力控制器反应速度快、控制稳定性以及鲁棒性强等方面的要求,提出一种基于PID和模糊控制理论的缠绕张力控制方法,在张力控制下进行了编绕缠绕试验,结果表明,缠绕张力的控制质量明显改善,并对结果进行了分析。

基于REKF-FPID的复合材料缠绕张力控制系统设计

复合材料纤维带缠绕成型过程中的张力波动严重影响缠绕制品的各种性能指标。针对力矩电机对系统外部扰动及内部参数变化的敏感性以及摩擦和测量噪声等因素对张力控制精度及系统动态性能的影响,设计了一种基于鲁棒扩展卡尔曼滤波器的模糊PID控制(REKF-FPID)策略。仿真和实验结果表明,与传统模糊PID控制(FPID)相比,REKF-FPID具有较强的抗干扰性和鲁棒性,其可将缠绕张力的控制精度提高40%~42%。

柱形缠绕件的环向缠绕张力设计的理论研究及其数值模拟

为实现缠绕后的指定张力分布,提出新的环向缠绕张力设计模型及其缠绕张力分析的数值模拟方法。基于离散叠加方法,给出环向剩余张力对内层张力的放松量,建立实现任意剩余张力的环向缠绕张力设计方法。通过有限元模型结合温度参数法,采用逐层位移耦合的计算策略模拟缠绕过程,由给定缠绕张力计算剩余张力。与现有文献的缠绕张力计算方法对比研究表明,现有连续分析模型给出的缠绕张力高于文中离散叠加方法;文中离散分析方法更符合实际,且适用于芯模和缠绕层不同材料的张力设计。该文数值模拟方法可用于多种材料的厚壁缠绕结构的端部以及筒身部分带缠绕角的螺旋缠绕张力分析,给出各种张力计算方法的适用范围。

多角度纤维缠绕复合材料圆筒张力设计

缠绕张力是纤维缠绕复合材料圆筒设计的一项重要研究内容,它对纤维缠绕复合材料圆筒的质量起着关键作用。基于三维各向异性弹性力学,提出了一种针对多层复合材料纤维增强树脂基圆筒的张力设计方法。模型中将张力诱导残余应力作为复合材料缠绕层初始应力,基于Tsai-Wu失效准则获得内压作用下给定铺层顺序的使得爆破压强最大的复合材料圆筒最佳张力制度。研究结果表明:对于单层螺旋缠绕,当缠绕角一定的情况下,随着张力的增加,圆筒爆破内压先增加后减小,不同缠绕角下对应的最佳张力值不同,随着缠绕角从0°~90°的增加,最佳张力值先减小后增加;对于多层螺旋缠绕,铺层模式确定的情况,随着缠绕张力的增加,爆破压强先增加后减小。因此,对于给定铺层模式,需要合理确定其缠绕张力,以保证最大限度地发挥纤维的承载能力。

纤维缠绕张力对玻璃纤维缠绕筒体性能的影响

采用湿法纤维缠绕工艺制备不同参数的玻璃纤维缠绕筒体,研究了缠绕张力对不同内衬管径和缠绕角度不同的缠绕筒体树脂含量及力学性能的影响。结果表明:缠绕张力与缠绕筒体树脂含量呈现出单调递减的趋势;缠绕张力相同条件下,随着内衬管径增加、缠绕角度减小,缠绕筒体的树脂含量逐渐增加;环向缠绕的试样有着更加稳定的能量吸收特性;缠绕张力对NOL环拉伸强度的影响规律呈现出二次曲线关系,当缠绕张力达到80N时,NOL环拉伸强度达到最大值;缠绕张力相同条件下,随着内衬管径、缠绕角度的增加,缠绕结构NOL环拉伸强度逐渐增加。

高速永磁电机转子碳纤维护套的缠绕张力计算研究

表贴式高速永磁电机转子的永磁体不能承受高速旋转时产生的离心力,为此研究了一种特殊的大张力环向缠绕碳纤维护套,由于缠绕时张力的施加,这种碳纤维护套会在永磁体外表面形成一定的预压力,从而保护永磁体在高速旋转时不被离心力破坏。基于弹性力学相关理论,提出了计算缠绕张力作用下纤维层应力分布及其对永磁体预压力的方法。通过不同张力缠绕实验确定碳纤维缠绕工艺极限张力,以此为基础,分别采用解析法和有限元法计算了不同张力制度下的纤维层剩余应力,并在大张力缠绕电机转子实验中测试了纤维层提供的预压力。结果表明,解析法能较为准确地预测出碳纤维缠绕层的应力分布情况及其对永磁体的压紧力,且解析结果和有限元的误差很小,和实验测试结果的误差在可接受范围之内,所提出的大张力环向缠绕碳纤维护套可以满足永磁电机转子高速旋转的要求。

缠绕张力对复合材料缠绕结构材料强度的影响规律研究

采用张力缠绕工艺制作的复合材料护套是预防高速永磁电机转子永磁体在离心力载荷下破坏的有效途径。本文针对复合材料缠绕结构缠绕张力对其材料强度影响的多因素竞争关系,设计并开展了不同张力缠绕复合材料NOL(Naval Obdnance Laboratory)环强度实验、缠绕结构固化残余应力实验,获得了缠绕张力对复合材料的材料强度、缠绕结构残余应力的影响规律,分别采用混合率和代表体元方法建立了缠绕张力影响及纤维体分比变化规律的纤维缠绕材料拉伸强度理论估测方法,阐释了缠绕张力导致复合材料强度影响机理,为缠绕复合材料结构选择合适的缠绕张力范围提供了参考。