考虑编织角动态变化的3维编织碳/碳复合材料高温剩余刚度模型

为研究3维编织碳/碳复合材料在高温环境下的疲劳特性,建立了一种编织角与循环数相关的编织角动态变化模型,将其引入考虑温度的单向复合材料剩余刚度模型中,根据应力、编织角的变化以及温度等因素的影响,建立了3维编织复合材料高温疲劳剩余刚度模型。在700℃的大气环境下,对添加抗氧化涂层的3维编织碳/碳复合材料进行了拉-拉疲劳试验,获取了剩余刚度、剩余强度以及试验段长度等参量。结果表明:在700℃下3维编织碳/碳复合材料在拉-拉疲劳加载初期的剩余刚度显著提高,然后保持稳定,在接近疲劳寿命时突降;剩余强度经105循环后比初始强度提高了19.75%;在疲劳过程中的迟滞回线面积随着循环数的增加逐渐增大;高温剩余刚度模型对700℃下剩余刚度试验数据拟合度较高,且通过编织角动态变化模型求得的不同循环数下编织角模拟值与试验值的误差小于5%。

编织角及防污涂层对芳纶编织绳拉伸性能的影响研究

探究了编织参数及防污涂层对芳纶编织绳拉伸性能的影响。首先,以Kevlar 129为原材料,在16锭编织机上制备3种编织角(15°、25°、35°)的芳纶编织绳,并通过拉伸对3种编织绳的力学性能进行测试,以探究编织角对其拉伸断裂强力和拉伸断裂伸长率的影响;随后通过涂层工艺对芳纶编织绳的表面进行处理,并探究了涂层处理前后芳纶编织绳的拉伸性能及其断裂破坏模式。结果表明:随编织角的减小,编织绳的拉伸断裂强力逐渐增大,而拉伸断裂伸长率逐渐下降;涂层处理后编织绳拉伸断裂伸长率降低,初始模量增大,拉伸断裂强力略微提升。

协作机器人关节预成型体表面编织角视觉检测

针对协作机器人90°关节碳纤维预成型体表面编织角测量难度大、准确度低等问题,提出一种离散角均值灰度编织角检测算法用于预成型体表面纤维平均编织角的测量。首先通过图像采集设备进行预成型体表面图像的采集,进而通过插值法补偿机器人关节表面图像,使用边缘检测和二维离散傅里叶变换等方法进行图像处理,并且使用离散角均值灰度编织角检测算法进行编织角角度的具体计算。试验结果表明:运用此方法检测编织角的平均误差为0.186°,平均检测时间为0.856 s。该算法能够在实际生产中提高编织角检测速度和准确率。

小编织角三维编织复合材料拉伸强度模型

采用离散化方法,基于等应变及等应力混合平均思想,结合桥联模型,建立了四步法小编织角三维四向矩形编织复合材料的拉伸强度模型。该模型不仅可以获得材料的等效弹性性能,而且能直接得到各组分材料(纤维束中纤维和基体、纤维束外基体)的细观应力分布,并基于纤维和基体失效准则,揭示了材料在单向拉伸载荷作用下的失效机理并预报了材料拉伸强度。数值分析结果与实验数据基本吻合,证明了该模型的有效性,经讨论材料主要工艺参数对拉伸强度和应力分布的影响,得到了一些有参考价值的结论。

基于编织点起始位置及牵拉速度变化的编织角预测模型

针对二维编织过程中起始编织点位置过高或过低以及牵拉速度变化会导致编织角发生阶段性不匀的问题,通过数学建模的方法,建立编织角从不稳定状态到稳定状态过程中编织高度和编织角随时间变化的本构方程,并且预测这一过程所需的时间和编织的织物长度。此外,通过带芯编织方法实验验证此模型的有效性。实验结果表明,此模型能够有效地预测编织角随时间的变化以及编织角不稳定阶段编织的织物长度。

复合材料预制件编织角测量研究

提出一种基于小尺度的数学形态学的三维编织复合材料预制件图像的边缘检测方法。此边缘图像适合于复合材料的参数测量 ,此研究对于三维编织复合材料力学性质的分析具有重要意义。

基于霍夫变换的三维编织复合材料预制件表面编织角测量

针对三维编织复合材料预制件表面编织角人工测量准确性差、效率低等问题,提出了一种基于霍夫变换的三维编织复合材料预制件表面编织角测量方法.首先对图像进行倾斜校正,然后根据水平灰度投影曲线相邻波峰、波谷的位置分割出每一行花节,并计算编织材料的纹理方向;基于霍夫变换去除每一行第一个不完整的花节,并在此基础上分割出所有完整花节;在每一个花节区域利用霍夫变换检测直线,根据两条交叉直线的斜率计算得到每一个花节的编织角.实验结果表明:本文方法的测量绝对误差小于0.5°.

金属软管网套平衡编织角的研究

在ANSYS中建立了金属软管的参数化有限元模型,研究了网套编织角对金属软管承载能力的影响,得出了网套最佳编织角为35o^50o的结论。若取其上限值,有利于发挥它的柔性特性,但不能承受较高的载荷;若取下限值,可使金属软管承受较高的荷载,但不利于发挥它的柔软性。该结论为金属软管的设计和应用提供了理论依据。

编织角对复合材料弹性性能的影响

为了获取编织复合材料宏观尺度结构的等效弹性参数,对二维编织复合材料1×1单胞模型进行拉伸性能仿真分析,获得结构应力分布规律及载荷位移关系。基于弹性理论,利用单胞模型的等效弹性模量表征二维编织复合材料的弹性性能,并进一步分析不同编织角对编织复合材料等效弹性模量的影响。结果表明:单胞模型中的纤维束和基体的应力随着编织角的增大而减小,且纤维束作为主要承载体,应力远大于基体,编织方向的等效弹性参数随编织角的增大而减小。

气动人工肌肉编织角极值的确定

编织角的极限值直接决定着气动人工肌肉的收缩范围,从理论上来说,编织角的极值分别为θmin=0°和θmax=54.73°,而构成气动人工肌肉的纤维丝是有几何形状的,因而实际的编织角极值就与理论编织角的极值不同.通过推导,得到了实际的编织角极值公式,并对其进行了讨论,给出了实际编织角极值确定方法.

不同编织角改性碳纳米管纱线应变传感器的制备与性能

为了提高传感器的应变范围,选用改性碳纳米管为导电材料、氨纶纱为柔性基体,通过层层组装法制成所需导电纱后,采用编织法制备成不同编织角度的纱线应变传感器,并讨论不同编织角对各种传感性能的影响。研究发现:随着编织角的增加,传感器灵敏度逐渐降低,在拉伸0~40%应变下,10°、20°、30°编织角纱线传感器灵敏度分别表现为181.1、162.2、79.7。快速响应时间随着编织角的增加从175 ms增加至259 ms。在蠕变条件下,该传感器的稳定性与编织角度无关;保持恒定应变时,不同编织角纱线传感器电阻随时间的下降基本一致。当编织角为20°时,传感范围表现最大,可达150%,最小监测范围可至0.2%,同时在传感过程中表现出较低的滞后响应(滞后水平仅为0.2%),该传感器可在不同应变条件下稳定监测电阻信号。改性碳纳米管编织纱线应变传感器在柔性可穿戴传感器等领域具有潜在的应用价值。

编织角对3D-C_(f)/6061Al复合材料弯曲性能的影响

选用三维四向编织结构的碳纤维(T300-6K)为增强体,采用压力浸渗法制备不同编织角(10°、20°和30°)的3D-C_(f)/6061Al复合材料,探讨不同编织角对复合材料力学性能的影响。发现压力浸渗一定程度避免了碳纤维与铝基体界面结合力弱这一因素,从而获得较好的浸渗效果。复合材料的弯曲性能随着编织角的增大而变差。随着编织角的增大,复合材料的应变量也随之增大,从而延伸率越大,韧性越好;当编织角变大时,纤维横向分力越大,纤维断裂面的不平整度增加,拉拔现象明显。

编织角对玄武岩复合材料管力学性能的影响

以玄武岩纤维/环氧树脂复合材料(BFRP)为研究对象,分别对编织角度为30°,45°和60°的玄武岩复合材料圆形管件进行低速横向冲击试验。通过实验曲线图、试样破坏情况,结合有限元仿真,分析编织角度对玄武岩复合材料管件力学性能的影响。结果表明:在相同的冲击载荷下,编织角度小的复合材料管具有更高的峰值载荷;当编织角为30°时,复合材料管由于纤维的编织方向靠近轴向而承受过多的剪力,导致玄武岩纤维容易发生断裂;当编织角为45°时,复合材料管纤维断裂数少于30°,但冲击区域出现部分塑性变形;当编织角为60°时,复合材料管由于编织角度大而引起应力集中,表现出塑性变形;有限元仿真显示,力在30°复合材料管的传播速度大于60°,且冲击损伤集中于管上半部两侧。上述结果为后续玄武岩复合材料管冲击力学性能研究提供实验指导和理论基础。

编织角对三维编织复合材料弯曲性能的影响

以亚麻纤维为增强纤维、聚乳酸(PLA)树脂为基体制成不同编织角的三维编织复合材料,运用软件ABAQUS对模型弯曲性能进行数值模拟研究,分析模拟过程中纤维增强体和基体的应力分布;用万能试验机进行三点弯曲实验,研究材料的准静态三点弯曲行为。比较仿真和实验数据,结果显示:不同编织角的弯曲应力曲线趋势变化较接近,且在一定范围内,随着编织角度的逐渐增大,复合材料的弯曲强度及模量逐渐减小。将实验结果与有限元分析进行比较,验证了该有限元模型的正确性。

大、精、奇——小班编织角材料投放初探

编织艺术是我国一种优美的民间艺术,有悠久的历史,一根红绳,就这么三缠两绕,一种祝福,就这样编结而成;一张纸条,就这么来回穿插,一种装饰,就这样编织而成;一条竹条,就这么交叉叠撞,一种实用品,就这样编制而成。把编织艺术融入幼儿活动中,既传承了历史文化,又为幼儿开辟了发展的另一条道路,使幼儿审美力、鉴赏力和创造力各方面得到了提高。在活动过程中,编织材料,又是编织的关键,有效地提供和有序的投放,往往会使编织活动在幼儿习得过程中学得轻松而有趣。

基于动态收敛长度模型的异形结构芯模编织控制策略

近年来,复合材料广泛地代替金属材料应用在复杂结构件上。在异形结构预成型体的编织过程中,针对芯模半径连续变化导致编织角不稳定等问题,本文提出一种机器人牵引速度的控制方法。首先对异形结构芯模进行离散化处理得到每段的半径,然后对机器人的牵引速度进行优化计算,通过计算得到的牵引速度对编织角进行调整同时得出推进距离与实际编织长度的关系。最后通过机器人二次推进对编织长度进行补偿,并基于动态收敛长度进行下一段芯模的编织。试验结果证明,该控制方法能有效降低异形结构芯模的编织角误差并维持在±3°以内,对实际生产中编织角的严格把控以及任意曲率芯模的编织具有重大意义。

针刺碳/碳编织复合材料的弹性性能

为研究针刺碳/碳(C/C)编织复合材料的编织结构和针刺密度对整体力学性能的影响,根据针刺C/C编织复合材料的细观结构、组成成分的体积参数和编织角度,提出带有针刺区域和编织结构的平行四边形单胞模型。建立针刺C/C编织复合材料细观结构模型,研究编织角度和针刺密度对整体复合材料弹性性能的影响。结果表明:针刺区域与纤维区域的接触处存在应力集中,纤维周围的基体也出现明显的应力集中现象;编织角对针刺C/C编织复合材料的弹性模量的影响较大。采用GB/T33501—2017标准进行复合材料轴向拉伸试验,发现模型预测的弹性模量与试验数据吻合良好,预测结果的误差为2.27%。研究针刺C/C编织复合材料的细观结构可为后续复合材料细观结构的设计和力学性能的探讨提供依据。

基于DIGIMAT的碳纤维增强环氧树脂编织复合材料的力学性能

为准确预测不同编织工艺参数下编织复合材料的等效弹性性能,拓宽碳纤维增强环氧树脂编织复合材料的应用领域。建立了考虑随纤维路经产生扭结缺陷的二维三轴编织复合材料的代表性体积单元(RVE),并基于平均场均匀化方法,利用DIGIMAT预测复合材料的等效弹性模量,分析不同编织角对编织复合材料等效工程常数的影响规律;其次基于强度失效准则,预测编织复合材料在单轴拉伸加载情况下的力学性能;最后通过数值模拟获得编织复合材料RVE的应力与应变。结果表明:预测的编织参数对等效工程常数的影响规律与试验测量一致,获得的应力、应变可为进一步研究其损伤破坏行为提供参考。

不同编织角碳纤维增强聚合物复合材料-Al方管的吸能特性

为了提高薄壁结构的比吸能,通过环形编制技术制备不同编织角度的碳纤维增强聚合物复合材料-铝(CFRP-Al)方管。对不同编织角度、管长和管厚的CFRP-Al方管进行准静态轴向压缩试验,研究CFRP复合材料编织角度对CFRP-Al方管变形模式和比吸能的影响。结果表明,CFRP复合材料可以降低薄壁管的柔度,从而阻止整体欧拉失稳变形模式;大编织角度CFRP复合材料可以有效承担因薄壁管折叠产生的横向拉力,从而阻止薄壁管折角撕裂;此外,随着编织角度增加,CFRP-Al方管的比吸能随之增大。

大尺寸异形结构芯模编织策略及纱线轨迹预测

针对大尺寸异形结构芯模在编织过程中牵引轨迹精度低、编织角误差大等问题,提出一种基于双机器人协同夹持芯模进行编织的轨迹求解方法,并预测纱线轨迹。首先求解第1台机器人轨迹保证任意一段离散芯模垂直通过编织平面,再利用几何约束求解第2台机器人轨迹,然后提出针对该机器人轨迹的纱线预测模型,预测任意时刻纱线落在芯模上的位置。实验结果表明:使用本文求解的机器人轨迹进行编织可使芯模等截面部分编织角与期望值的误差在±3°以内,弯曲变截面部分的误差在±7°以内;预测模型的结果与实际测量编织角的等截面部分误差在±3°以内,弯曲变截面部分的误差在±5°以内。