碳纤维缠绕复合气瓶自紧力和疲劳的数值模拟

采用数值模拟方法研究了自紧工艺对碳纤维缠绕复合气瓶的应力分布和疲劳性能的影响。基于ANSYS商用有限元分析软件,考虑气瓶封头部分碳纤维缠绕层的角度和厚度沿封头子午线的连续变化,建立了有限元模型。分析验证了54 MPa自紧压力对复合气瓶零压和35 MPa工作压力下内衬和复合材料缠绕层应力的影响,并利用Coffin-Manson公式预测了复合气瓶的疲劳寿命。结果表明,自紧后复合气瓶内衬在工作压力下的最大应力减小了29.1%。有限元计算的疲劳寿命结果与实验测定结果之间的误差<8%,验证了有限元模型和计算方法的正确性。     

用于光纤陀螺的光纤环缠绕工艺研究

光纤陀螺中光纤环是一个重要部件，不仅可以通过调整光纤环结构参数，如光纤环面积、光纤长度，来提高光纤陀螺精度，同时环境因素，如温度、应力也将通过改变光纤环中光纤的物理参数，引起非互易性相位噪声，从而降低光纤陀螺精度。     

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。     

Cf / E-TiO2 复合材料的制备与性能

采用复合分散工艺将纳米TiO_2均匀分散于环氧树脂中,制备了环氧-纳米TiO_2树脂浇铸体,并采用湿法缠绕工艺制备了T700碳纤维增强环氧复合材料(C_f/E)以及T700碳纤维增强环氧-纳米TiO_2(C_f/ETiO_2)复合材料NOL环与Φ150 mm容器,研究了纳米TiO_2对环氧树脂浇铸体、复合材料NOL环和Φ150 mm容器性能的影响。结果表明,纳米TiO_2的加入对环氧基体和C_f/E复合材料均有不同程度的增强、增韧效果,其中环氧基体的拉伸强度提高了9.2%,弯曲强度提高了9.8%,冲击强度提高了52.9%;C_f/E-TiO_2复合材料NOL环层剪强度达到87.7 MPa,提高了22.3%;Φ150 mm容器特性系数达到43.4 km,纤维强度发挥率达到94.3%,分别提高了9.9%和3.3%。     

计入纤维交叉影响的缠绕复合材料等效模量计算方法

本文提出一种用于分析纤维缠绕结构（宏观）的等效弹性模量方法,该方法具有较好的准确性。本文首先基于纤维缠绕微观结构的特点建立代表性体积单元（RVE）,并在此模型中计人纤维束交织现象的影响,对各个工艺参数（缠绕角、纤维束起伏区、交叉面积）的影响进行了计算分析;然后对经典层合板理论与等效模型计算结果进行了对比,指出经典层合板理论计算存在的误差与纤维束起伏区几何参数具有很大关系;最后利用等效均匀化理论得到缠绕结构的宏观弹性模量,并与试验值进行对比,验证了本计算模型和分析方法的准确性。     

湿法缠绕树脂的应用研究

选用环氧树脂与潜伏性固化剂,按二定比例配制成适用于湿法缠绕的无溶剂树脂.研究了树脂的基本性能及工艺性,通过湿法缠绕工艺制成单向预浸料和复合材料管件.结果表明,该树脂在室温下黏度低、适用期长,具有高的强度、模量和韧性,断裂伸长率与高模量碳纤维相匹配,对纤维的润湿性好,用其制成的单向层合板和复合材料管件性能良好.     

基于多岛遗传算法的大型预应力钢丝缠绕承载机架成本优化方法(英文)

预应力钢丝缠绕机架(PWWF)是一种先进结构,是大型装备中价值为高的部件。由于PWWF是变刚度、非线性受力及变形自协调的多体混合结构,其传统的设计方法是极其复杂、反复迭代且成本难以控制。本文提出了基于多岛遗传算法的大型钢丝缠绕机架的成本优化方法。在变张力缠绕理论基础建立了预应力钢丝缠绕承载机架的优化设计流程和优化模型。并给出结合轴向载荷为6000KN的等静压设备机架的优化设计实例。与传统设计方法相比,优化成本降低约了21.6%。该优化结果已通过数值模拟方法验证,并成功应用于实际设备的制造中。结果表明,该优化方法合理、可靠。该方法为超546MN和907MN超大规格多机架结构的成本优化提供指导。     

新型无溶剂耐高温双马树脂及其碳纤维复合材料

采用双酚A型氰酸酯改性双马树脂,研制了一种新型无溶剂耐高温双马树脂基体,研究了树脂体系的黏度特性和固化反应动力学,进行了改性树脂体系的力学性能与耐热性研究,实现了1700CF/双马树脂基复合材料的湿法缠绕成型工艺.结果表明,改性双马树脂的拉伸强度为75.6 MPa,断裂伸长率为2.4%,弯曲强度为111 MPa,玻璃化转变温度为227.9℃.该改性双马树脂体系的黏度适中、适用期长且适于湿法缠绕,T700CF/双马树脂基复合材料的纵向拉伸强度为1668 MPa,纵向弯曲强度为1590 MPa,层间剪切强度为73.3MPa.     

高模量碳纤维低损伤一步骤浸缠绕技术

介绍了针对采用高模量碳纤维缠绕时损伤严重而研制的一项新技术。通过无辊浸胶系统和纤维浸胶后烘道加热装置，不但降低预浸纱制备和退纱缠绕所造成较大的纤维损伤，而且可以实现预浸纱含胶量精确控制及连续浸胶和缠绕，同时大大提高了缠绕效率。     

纤维缠绕壳体参数程序设计

纤维缠绕壳体在生产前必须求得缠绕角、线型、缠绕层次、挂轮比等诸多参数。目前采用的是人民计算及查找的设计方法。该方法过程繁琐,效率低下,稍有不慎就会发生错误,且必须全部重新进行设计。为此,作者开发了一套利用计算机进行设计的系统。该系统提供了有关算法及Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ源程序。使用该软件,可在计算机上完成纤维缠绕壳体参数的设计工作,大大提高了设计者的工作效率。该软件使用方便,设计结果精确可靠。