数控布带缠绕机关键技术

 多功能数控布带缠绕机是集机械、电子、气动、控制、软件和数控等技术一体化的多学科交叉综合应用的复杂设备。从提高参数控制精度及匹配精度的角度出发,详细地介绍了一种新型布带缠绕机的结构、组成及实现方式,并对机床本体、张力控制系统、温度控制系统、压力控制系统及数控系统的设计与开发中的关键技术做了较为深入的探讨。将该技术应用于多功能布带缠绕设备中,采用专用数控系统、先进机械装置及控制算法,既实现了缠绕成型过程的自动化,又保证了缠绕制品的质量,解决了复合材料零部件成型过程的关键制造技术难题。     

复合材料布带缠绕成型压力控制技术

复合材料布带缠绕成型过程中的压力波动会影响制品的致密度和均匀度,同时会造成缠绕制品的界面强度及纤维体积分数不一致。芯模的圆度误差和安装误差会导致压力波动,气体的可压缩性、比例阀的死区效应、阀的流量非线性、气缸摩擦力及测量噪声会对缠绕压力控制造成非线性干扰。因此,设计了自适应灰色预测模糊PID控制器,通过对气缸输出缠绕压力的灰色预测,正确反映了压力信号的变化趋势,为模糊PID控制的推理提供了可靠依据。同时,采用两个独立的模糊推理系统来调节预测控制的步长和步长自整定算法的比例因子。仿真分析和实验结果表明：相比于传统PID控制,采用自适应灰色预测模糊PID控制使缠绕压力的稳态误差减小了62%,超调量减小了80%,有效提高了复合材料缠绕成型压力控制系统的稳定性。     

复合材料布带缠绕智能纠偏控制技术

智能纠偏是复合材料缠绕成型的关键技术之一,其焦点问题是如何实现布带跑偏量的精确检测控制.在分析布带跑偏机理及纠偏可行性的基础上,针对布带跑偏量检测问题,提出了基于线阵电荷耦合(CCD)的布带边缘检测方法,并对其检测原理进行了分析.在此基础上,建立了智能纠偏控制系统的数学模型,分析了系统的稳定性,并采用Fuzzy-PID...     

大载荷缠绕杆件的拉伸和压缩性能

采用缠绕成型的方法制备了碳纤维/环氧树脂复合材料杆件,对杆件进行了拉伸、压缩试验,并且对缠绕用原材料的性能进行测试。结果表明:缠绕原材料的拉伸及层剪性能优异,缠绕成型的复合材料杆件力学性能较高,压缩与拉伸强度分别大于400与240 MPa,杆件端头是应力集中区域,端头的设计连接以及复合材料的层间性能是影响复合材料杆件拉伸、压缩性能的重要因素。     

用作热防护材料的PAN基碳纤维织物

粘胶基碳纤维织物已广泛用作烧蚀和绝热复合材料。由于行情和利润不断下降,用连续粘胶纤维制得的碳纤维制品最终可能不易买到或限制供应。因此,围绕获得相应的PAN基碳布、测定其性能并制作布带缠绕酚醛树脂复合材料开展了研究。市场上买得到的PAN基碳布具有强度高和质量均匀等特性,但绝热性和化学纯度较差。特殊的PAN基碳布是在较低的(低于1350℃)热处理温度下获得的,并且应用于20°布带缠绕酚醛复合材料中。对这种复合材料的烧蚀、热物理、机械和化学性能的测定表明,所研制的复合材料可以代替粘胶基碳布/酚醛,但纤维与基体之间的粘结和纤维的纯度尚需进一步改善。     

复合材料自动成型工艺进展及在航空中的应用

本文就复合材料飞机结构件的自动成型工艺进行了综述,重点介绍了纤维铺放成型、带材铺叠成型的特点与发展。复合材料自动成型工艺在航空领域的广泛应用,必将大幅降低飞机结构件的制造成本,极大地促进航空工业的发展。     

固体发动机喷管扩张段斜向缠绕成型技术研究进展

布带斜向缠绕结构具有良好的抗烧蚀性能,在国外广泛应用于火箭、导弹的头帽和发动机喷管构

件。本文简单介绍了固体发动机喷管树脂基扩张段的布带缠绕成型技术,布带斜向缠绕成型技术在国外固体

火箭发动机喷管上的应用情况及我国固体发动机喷管扩张段布带斜向缠绕成型技术的研究进展。

     

固体火箭发动机复合材料裙技术研究发展

介绍了固体火箭发动机壳体裙的结构、用途及采用复合材料裙体的优点。详细讨论了玻璃纤维和混杂纤维等增强材料在国外发动机裙上的应用，以及国内在该领域所取得的研究成果和复合材料裙的单独成型及整体成型工艺，同时展望了国内布带缠绕高性能复合材料裙的技术发展趋势和应用前景。     

航天先进树脂基复合材料制造技术及其应用

主要介绍了我国航天工业领域先进树脂基复合材料的原材料(增强材料和基体树脂)、成型工艺技术(热压罐工艺、RTM工艺、缠绕成型工艺、自动铺放技术)和复合材料制品的加工装配工艺技术和应用等方面的最新进展,并讨论了我国航天先进树脂基复合材料制造技术的发展趋势。     

纤维缠绕低损伤退绕跟随系统

为降低纤维缠绕过程中纱筒退绕的纤维磨损,研制了低损伤退绕跟随系统。通过分析纱筒卷绕特点及退绕运动过程,提出了角度替代的控制思想和导纱器自适应跟随控制策略;通过计算机控制伺服电机驱动导纱器运动,可实现对任意卷绕线型的自动跟随。实际应用表明:该方法可行,研制的系统跟随效果理想,有效消除了纤维的摩擦损伤,提高了缠绕复合材料制品的质量。     

Development of PLC-based Tension Control System

Fiber winding tension is an important factor in the molding techniques of composite material which influences the quality of winding product directly, and the tension control is a key technique in fiber winding techniques. This paper introduces a closed-loop tension control system with the programmable logic controller (PLC) with function modules as its control kernel, the alternating current (AC) servo motor as execute element and the radius-following device to accomplish the real-time radius compensation. The mechanism of the tension control system is analyzed and the numerical model is set up. The compensation technique of the radius of the scroll is analyzed. Experimental results show that the system is well qualified with high control precision and high reaction speed.     

Analysis and control of the compaction force in the composite prepreg tape winding process for rocket motor nozzles

In the process of composite prepreg tape winding, the compaction force could influence the quality of winding products. According to the analysis and experiments, during the winding process of a rocket motor nozzle aft exit cone with a winding angle, there would be an error between the deposition speed of tape layers and the feeding speed of the compaction roller, which could influence the compaction force. Both a lack of compaction and overcompaction related to the feed-ing of the compaction roller could result in defects of winding nozzles. Thus, a flexible winding sys-tem has been developed for rocket motor nozzle winding. In the system, feeding of the compaction roller could be adjusted in real time to achieve an invariable compaction force. According to exper-iments, the force deformation model of the winding tape is a time-varying system. Thus, a forgetting factor recursive least square based parameter estimation proportional-integral-differential (PID) controller has been developed, which could estimate the time-varying parameter and control the compaction force by adjusting the feeding of the compaction roller during the winding process. According to the experimental results, a winding nozzle with fewer voids and a smooth surface could be wounded by the invariable compaction force in the flexible winding system.     

高性能PBO纤维复合材料成型工艺参数研究

研究了PBO纤维与环氧树脂复合成型工艺参数如树脂配方、浸渍张力、缠绕张力对PBO纤维缠绕成型复合材料力学性能的影响,同时优化了这些工艺参数。研究结果表明,PBO纤维复合材料的拉伸性能很好,但其纤维表面呈惰性,对树脂系统的拉伸性能、韧性和弯曲性能均要求较高,缠绕张力大约占其股纱强力的3 5%左右时,PBO纤维的NOL环层间剪切强度达到最高（29MPa）,才能发挥PBO纤维的高强特性。     

Dynamics modeling and pressure control of composites tape winding system based on LQSMC

Pressure fluctuations during the composite fiber winding process seriously affect the product's compactness strength, fatigue resistance, stress uniformity, and resin content. The accuracy of pressure control systems is affected by nonlinear disturbances, such as friction, parameter perturbation, and measurement noise. A robust control algorithm based on linear quadratic optimal control and sliding mode control (LQSMC) is proposed to overcome these problems. The method is based on the system state space expression and linear quadratic optimal control. The state space model of the system is improved by using a Kalman filter and control input for state estimation, and a new sliding surface equation is defined. The ameliorated control algorithm exhibits good performance and can effectively suppress sliding mode control (SMC) chattering. Simulation and experimental results show that LQSMC offers high control precision, much stronger anti-interference, and robustness, which can effectively improve the positioning and tracking accuracy of a pressure control system compared with linear quadratic optimal control (LQC). The winding pressure control precision is improved by 45% to 50%. The results show that the porosity of composite fiber tape winding products decreased thanks to our method.     

圆筒纤维缠绕变张力神经网络动态控制

 缠绕张力作为纤维缠绕成型中的关键影响因素,其波动直接影响缠绕精度和制品的性能。针对缠绕张力的动态变化,且保证制品等环向残余应力,提出神经网络动态控制缠绕变张力方法。考虑芯模变形影响,基于各向异性缠绕层弹性变形及各向同性内衬厚壁筒理论,给出外压作用下缠绕层的径向应力及环向应力;在弹性范围内采用应力叠加原理建立剩余张力与缠绕张力之间的解析算法。基于制品环向残余应力叠加特点,采用给定输出层权值的神经网络算法,通过误差反向传播及放大方法,对等环向残余应力制品纤维缠绕过程中的缠绕变张力进行动态更新。仿真与实验结果表明:该控制方法对纤维缠绕变张力起到动态优化作用,可以达到预期要求,且更符合实际缠绕过程。     

无蒙皮复合材料网格结构设计与分析

无蒙皮复合材料网格结构是复合材料结构中承载效率最高的结构形式,但其设计成型较其他复合材料网格结构更为困难。本文以工程应用为目的,考虑工艺成型问题,定性与定量分析相结合。按网格形式选择、典型结构工程计算、有限元优化计算、确定工程方案及试验验证五个层次分级优化。最终达到结构形式、设计计算、工艺成型等各方面综合最优的效果。生产出的无蒙皮复合材料网格结构满足工程应用要求,同时找到了工艺成型薄弱环节,为制造最优结构创造了条件。     

关于改善光纤环绕线机成环质量的方法研究

光纤环制作的核心工艺就是光纤线圈的绕制,针对光纤环绕线机中存在的张力控制不对称性问题,提出了一种基于布里渊光时域分析方法检测光纤线圈应力分布状态,从而回馈和指导绕线机张力调整的方法。实验结果表明,以上方法明显改善了光纤环的应力分布状态,有效提高了光纤环成环后的质量,对提高光纤陀螺的精度起到了重要作用。     

面向柱面结构的自动铺带四轴联动成形研究

 根据柱面的结构特点,提出了面向柱面复合材料结构的自动铺带四轴联动成形方案,并以卧式自动铺带机为例进行分析。以保证铺放头压力线平行于曲面在铺放点的法线和保证铺放速度恒定为原则,根据D-H理论建立柱面固定角度铺放成形时铺带机各关节运动量的计算方法。应用逆运动学理论,对四轴联动铺带成形进行了运动学分析。从四轴联动铺带机的机构与控制、铺放速度、成形效率、方案可行性4个方面进行了深入分析,并进行可视化仿真和实验验证。结果表明应用本文方法,可实现用四轴联动铺带机完成柱面复合材料自动铺放成形,对于铺放成形效率要求不苛求的小批量实验或生产,具有低成本的突出优势。