钛合金内衬纤维缠绕环形压力容器成型工艺研究

借鉴网络理论,对环形压力容器纤维缠绕规律及线型进行了探索和分析,选择了合适的增强材料、树脂配方及成型工艺方案,优化调整了预浸纱工艺参数、缠绕工艺参数,试制的产品成功地经过了试验考核。     

纤维缠绕壳体的成型工艺

主要针对纤维缠绕壳体试验缩比件的成型工艺（包括芯模制作、容器缠绕成型）以及缠绕工艺参数的合理选择进行了初步探讨。     

纤维缠绕壳体封头厚度的计算方法

纤维缠绕固体发动机壳体的厚度是不均匀的,壳体的封头形状、纱带宽度及两端开口均影响它的厚度.本文利用纤维叠带几何关系推导了一种计算纤维缠绕壳体封头厚度的公式.使用这一公式计算的壳体封头厚度,经与实测值比较表明,计算精度较高,可供纤维缠绕发动机壳体设计、工艺人员使用.     

热塑性树脂纤维缠绕成型工艺

热塑性树脂具有良好的力学性能和电性能它的耐热性和韧性明显优于环氧树脂等热固性树脂,具有很广的应用前途,纤维缠绕原地固结工艺是最适于热塑性树脂纤维缠绕的一种复合材料成型工艺,它无需在固化炉或热压罐中固结,在性能和成本上均有较大优点,本文介绍了热塑性树脂的热熔浸渍、混编浸渍、纤维缠绕原地固结工艺和发展情况。     

一体化包覆药柱缠绕应力的数值计算

固体火箭推进剂应用广泛,基于一体化包覆纤维缠绕工艺,对药柱缠绕过程进行数值模拟应力计算。利用ABAQUS建立有限元模型进行数值计算,对药柱各节点应力进行分析。基于实际工况列出预紧力、药柱位移速度、药柱旋转速度、纤维带宽四个工艺参数,对缠绕过程进行动态仿真模拟,同时通过静态模拟多层缠绕工况。计算结果表明,单圈缠绕结束后药柱主体应力在0.060～0.120 MPa内,最大应力为0.202 MPa;预紧力和纤维带宽对于缠绕应力的影响较大,预紧力越大,应力越大,而纤维带宽越宽,应力越小,药柱移速和转速对缠绕应力影响较小;多层缠绕时药柱应力大小会随着缠绕层数的增加而上升,上升速度越来越慢,16层时最大应力可达0.338 MPa,研究结果及数据对于带药纤维缠绕工艺具有支撑借鉴意义。     

纤维缠绕金属内衬压力容器的设计和分析技术

介绍了纤维缠绕金属内衬压力容器的工艺特点、性能优势和爆破前先泄漏(LBB)的安全失效模式，以及一般设计原则、构形、材料和工艺要求。分析了金属内衬的厚度、过渡区、焊接区和纤维缠绕层。以及输入输出极孔的设计技术。阐明了用于静力分析的解析法和数值法，以及用于循环寿命预测的断裂力学分析法。最后概述了一些新技术、新材料的应用情况，并指出了压力容器设计的发展趋势。     

热塑性树脂基复合材料及其纤维缠绕工艺

文章叙述了高性能热塑性树脂及其复合材料的物理力学性能，并简述了纤维缠绕工艺方法。     

大型纤维缠绕复合材料壳体的结构─工艺设计问题

综合分析比较了同内外大型纤维缠绕复合材料壳体研制经验，对其发展趋势及结构─工艺设计等主要问题，以及对涉及纤维、树脂基体、复合裙、壳体内外绝热层等的材料、部件、检验和具体工艺问题作了分析和讨论，提出了建议和看法。     

纺丝工艺对炭纤维缠绕复合材料强度转化率的影响

通过不同纺丝工艺的聚丙烯腈基炭纤维表面状态、NOL环及Φ150 mm容器的实验研究,分析了不同纺丝工艺对湿法缠绕复合材料聚丙烯腈基炭纤维强度转化率的影响。结果表明,干喷湿纺炭纤维比湿法纺丝Φ150 mm容器环向纤维强度转化率要高出11.9%~15.4%,湿法纺丝的炭纤维复合材料NOL环层间剪切强度要比干喷湿纺炭纤维复合材料高7.4~34.1 MPa。因此,干喷湿纺的炭纤维可应用于固体火箭发动机缠绕壳体、压力容器等主要承受拉伸应力的领域,可充分发挥其纤维强度;而湿法纺丝工艺制成的炭纤维与树脂基体结合紧密,利于载荷的传递,可应用于承受压缩剪切等复杂载荷的领域,从而发挥这两种纤维各自不同优势。     

数控缠绕机的缠绕原理及丝嘴运动轨迹分析

数控缠绕机的基本缠绕原理是将芯模的角位移量和小车的线位移量都变换为电数字量控制机床运转。筒形件的基本缠绕规律是等螺距、等螺旋角,称为线性缠绕。封头缠绕时缠绕角随封头半径位置的变化而变化,芯模转过相同角度时小车的位移量是不同的,称为非线性缠绕。缠绕角和切点数等工艺参数已给出相应的表达式。在非线性缠绕中丝嘴随芯模转动时的运动轨迹是一条非线性曲线,已建立了推导方法,给出相应的公式并进一步论述了四种缠绕约束方程对缠绕工艺的影响,为编制缠绕程序提供数学依据。     

PBO纤维复合材料探索研究

简要概述了PBO纤维及其复合材料的应用，分别进行了PBO纤维／环氧复合材料干法、湿法缠绕成型的NOL环性能试验分析，并采用电晕表面处理方法对NOL环进行了试验研究；选用干法缠绕成型工艺进行了Ф150mm压力容器试验，初步结果表明，电晕处理效果不明显；Ф150mm压力容器的pV/Wc可达47．55km。     

纤维缠绕厚壁柱形压力容器的应力和变形

研究了各向同性材料内胆对称缠绕纤维的厚壁圆柱形容器在内外压力作用下的变形和应力.采用正交各向异性本构关系和轴对称厚壁筒理论,利用解析方法获得了纤维层和内胆的变形和应力,以及纤维方向的应力;对壁厚较厚和不同缠绕角,更准确地揭示纤维向应力和内胆应力.比较了分别用玻璃纤维环氧和炭纤维环氧缠绕铝内胆和钢内胆的容器在内压作用下,不同缠绕角方案中内胆和纤维向应力分布.研究表明,壁厚对不同缠绕角容器的应力和变形影响不同,总体影响较小;从降低内胆的等效应力和充分发挥纤维纵向强度角度看,炭纤维缠绕铝筒最好;横向强度和剪切强度是缠绕复合材料容器的主要控制参数,缠绕工艺需要提高这些指标以充分发挥纤维纵向强度.     

连续纤维增强PEK-C复合材料缠绕成型工艺及性能研究

利用在线溶液浸渍法制备预浸带,采用原位固结的方式进行连续玻璃纤维增强PEK-C复合材料的缠绕成型工艺研究.分析了缠绕速度、加工温度及树脂含量等因素对NOL环层间剪切强度的影响,研究发现在一定的缠绕速度和加工温度范围内,可制得性能良好的NOL环缠绕构件.SEM断口形貌分析表明,树脂和纤维分布均匀,界面粘接良好.该方法的研...     

预浸缠成型的碳纤维固体火箭发动机试验壳体

介绍了预浸法缠绕成型碳纤维固体火箭发动机试验壳体所用的树肥基体及性能，预浸带成型工艺，试验壳体成型工艺参数及性能。试验结果表明，试验所选用的树脂基体与碳纤维匹配性较好，预浸带的制作工艺和试验壳体的成型工艺参数是合理的，试验结果的理想性说明该工艺路线可行，Х１５０ｍｍ试验壳体和Х４８０ｍｍ试验壳体的ＰＶ／Ｗ值分别为３４．０ＫＭ和３１．３ＫＭ，壳体环向纤维强度转化率分别为８２．８％和８０．４％，达到了     

复合材料带缠绕成型过程建模及工艺参数优化

复合材料带缠绕成型过程中,成型工艺参数的选取决定了缠绕制品的性能。采用正交实验法研究各工艺参数对缠绕制品层间剪切强度的影响规律和敏感度,并将正交试验数据与神经网络理论相结合,对带缠绕成型过程进行建模,得到缠绕成型工艺参数与层间剪切强度之间的非线性映射关系,并通过实验验证了模型的可靠性。在此基础上,利用粒子群优化方法在可行工艺参数域内对缠绕成型工艺参数进行优化。仿真与实验结果表明,基于神经网络模型的工艺参数粒子群优化算法能够快速、准确的得到带缠绕成型的全局最优工艺参数组合。使得缠绕制品层间剪切强度达到最优的工艺参数组合为:加热温度115℃,缠绕张力357 N,压辊压力1006 N和缠绕速度0.28 m/s,在最优工艺参数作用下,缠绕制品的层间剪切强度达到102.2 MPa。     

复合材料结构的地磁等变线缠绕法

美国航空运输公司最近研究出一种新的纤维缠绕法,即用地磁等变线路缠绕叶片,用以作飞机机身和导弹整流罩等大型复合材料结构的加强肋.该公司研制成功一种5向缠绕机.该机装有多个缠绕头,可同时将一种线型的多个加强肋缠绕在机身或其它结构内.具体工艺是,两个缠绕头按照短程线路将叶片材料(一般为碳/环氧)铺放到芯模的槽内,然后与第三个缠绕头联合,用地磁等变线路编织一层或     

z向纱对三维正交复合材料层间剪切性能影响

采用置换法增强体成形工艺和树脂传递模塑(RTM)固化工艺制备炭纤维三维正交复合材料。对比研究了不同z向纱体积含量的三维正交复合材料的细观结构、层间剪切性能和破坏形貌。结果表明,基于置换法成形工艺制备的三维正交预制体其3个方向的纱线具有优异的伸直性;z向纱的体积含量在1%~5%时,对材料的层间剪切强度及模量的增强作用明显;同时,随着固化成型压力的增加,材料的层间剪切强度呈上升趋势,但当压力增大到一定程度,纤维屈曲现象明显,从而降低层间剪切强度的增加幅度;在层间剪切载荷的作用下,材料的主要破坏模式包括纤维的断裂、抽拔以及z向纱与树脂的脱粘,但相应增加z向纱的细度,使z向纱与基体之间的孔隙尺寸减小,可防止材料分层现象的产生。     

纤维铺放工艺及设备

普通的纤维缠绕工艺及设备由于不能制造独特的或很复杂的结构而受到限制.因此研究了纤维铺放工艺来满足某些要求,如增减纤维、缠绕凹面、改变尺寸等.这一技术已证明需要的研制费用很大,结果只有两家公司有能力解决纤维铺放的大型复杂部件,他们是赫克力斯公司和锡奥科尔公司.赫克力斯公司是采用自已设计和制造的设备,而锡奥科尔公司使用的则是从 Milacron 公司(俄亥俄州辛辛那提)购买的.     

凯夫拉49复合材料缠绕孔眼的特性

用试验方法研究了凯夫拉49复合材料“缠绕孔眼”的强度。由于制作部件时绕在可拆卸销钉上的纤维是连续的,故这样形成的孔眼的强度显著超过钻削孔眼的强度。己研制成功一种模拟纤维缠绕孔眼的纤维缠绕环形试样,并用它来研究绕孔的强度。对厚度为0.04至0.25英寸和销钉直径为0.300至0.480英寸的试样均进行了试验。试验结果表明:试样极限强度明显受销钉形状、尺寸的影响。用有头销钉作试验,其承载极限应力达90000磅/英寸~2以上。基于这些试验结果的设计数据已被确认,并与采用缠绕孔眼作结构连接的小直径(2.7英寸和6.9英寸)纤维缠绕火箭发动机壳体的孔眼强度试验进行了比较。其相关程度是发动机壳体直径的函数,直径较小,则一致程度较高。     

动态

美国Amfuel复合材料公司的纤维缠绕工艺 Amfuel公司用5向缠绕机,在可冲刷的芯模上缠绕碳/环氧火箭发动机壳体。该缠绕机的线型编织软件是操作的关键,例如制造有整体缠绕喷管的小火箭发动机壳体,若两端回转环的直径稍有偏差,就会在螺旋线型中产生不稳定的纤维线路.要改正这一点需要30次迭代.采用线型编织软件后只需一天就