复合材料压力容器纤维缠绕机设计及分析

发布时间：2021-01-15 19:21

　　复合材料压力容器是一种可靠性要求极高的内部承压产品,为使容器壁面均匀承压,可以采用纤维复合材料缠绕方法对其表面进行加固,该方法也广泛应用于航天、能源、化工、冶金等高承压、有高可靠性要求的领域。复合材料压力容器的纤维缠绕,由纤维缠绕机来完成。纤维缠绕机工作中,纤维缠绕的线型、缠绕精度及缠绕张力的控制等直接影响着压力容器承压后的力学性能,因此缠绕机的工作性能直接决定着纤维缠绕复合材料压力容器的承压能力及可靠性。国内的数控纤维缠绕机由于受到控制技术和设备生产能力的制约,该类设备的技术水平仅局限在四轴联动范围,且自动化程度低,制品适应性及柔性差,无法保证高性能及复杂结构纤维缠绕复合材料制品的质量。目前国内使用的高精度数控缠绕机（三轴联动以上）,主要依靠购置国外设备。而大型纤维缠绕设备,尤其是五轴联动以上的设备,美国及欧盟等对我国有严格的出口限制。针对以上问题,论文以基于六自由度机器人平台的复合材料压力容器纤维缠绕机为研究对象,以除主轴旋转外,纤维缠绕过程全部由机器人完成且缠绕制品的形状不拘泥固定的模式,缠绕稳定性好、精度高、效率高、成本低为研究目标,主要进行了以下内容的研究:第一、完成了基于六... 

【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究的目的及意义
    1.2 纤维缠绕机及工艺的国内外研究现状及发展趋势
    1.3 本课题研究内容
    1.4 本章小结
第二章 机器人平台复合材料压力容器纤维缠绕机结构设计
    2.1 缠绕机结构设计要求
    2.2 缠绕机结构设计
        2.2.1 缠绕机主体支撑结构设计
        2.2.2 卡盘夹紧装置
        2.2.3 缠绕机主轴设计
        2.2.4 伺服联轴器的选择
        2.2.5 交流伺服电机的选型
    2.3 机器人平台复合材料压力容器纤维缠绕设备
    2.4 本章小结
第三章 机器人平台复合材料压力容器缠绕线型设计及轨迹规划
    3.1 纤维缠绕基本线型
        3.1.1 环向缠绕
        3.1.2 螺旋缠绕
        3.1.3 纵向缠绕
    3.2 纤维缠绕的基本原理
    3.3 复合材料压力容器纤维缠绕线型设计
        3.3.1 复合材料压力容器筒身测地线缠绕算法
        3.3.2 椭球面测地线算法
        3.3.3 压力容器封头的芯模转角与落纱点轨迹的关系
        3.3.4 芯模相对丝嘴的坐标
        3.3.5 缠绕机旋转角度分析
        3.3.6 机器人缠绕工艺流程分析
    3.4 机器人平台缠绕运动轨迹规划
        3.4.1 机器人D-H参数化建模
        3.4.2 恒定自由纤维长度的机器人平台缠绕运动轨迹
    3.5 本章小结
第三章 机器人平台复合材料压力容器缠绕线型设计及轨迹规划
    4.1 基于ADAMS的多体系统动力学方程及求解
        4.1.1 笛卡尔广义坐标系
        4.1.2 ADAMS多刚体系统动力学方程
        4.1.3 动力学方程的求解
    4.2 机器人平台缠绕设备动力学计算模型
    4.3 机器人平台缠绕设备动力学计算结果及分析
        4.3.1 机器人平台动力学计算结果及分析
        4.3.2 缠绕机动力学计算结果及分析
    4.4 本章小结
第五章 机器人平台复合材料压力容器纤维缠绕设备有限元分析
    5.1 瞬态动力学有限元方程及求解
    5.2 机器人平台纤维缠绕设备构件的瞬态动力学有限元计算模型
        5.2.1 材料属性及边界条件
        5.2.2 有限元计算模型
    5.3 机器人平台纤维缠绕设备构件的有限元计算结果
        5.3.1 机器人平台组成构件的有限元计算结果及分析
        5.3.2 缠绕机主体支撑构件的有限元计算结果及分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间主要成果
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]有限元分析在车载缠绕式复合材料CNG气瓶中的应用[J]. 管亚军,周运武,杨斌,常国富.  化学工程与装备. 2018(02)
[2]海洋平台起重机臂架在波浪载荷作用下的瞬态动力学分析[J]. 何远评,李清,林彬,万淑敏,李广有.  机械设计. 2018(01)
[3]联合显式动力学与瞬态动力学对掘进机回转台的受力分析[J]. 刘德,李春英.  煤炭技术. 2018(01)
[4]大型碳纤维缠绕机关键技术的研究[J]. 裘升东.  机械设计与研究. 2017(06)
[5]基于ANSYS Workbench的高速轴瞬态动力学分析[J]. 王鹏,张柱银,夏建生,许宁.  盐城工学院学报(自然科学版). 2017(03)
[6]基于机器人的复合材料缠绕策略优化[J]. 许家忠,杨海,高良超,于立英,王燕.  复合材料学报. 2016(06)
[7]纤维缠绕复合材料弯管的线型研究[J]. 李彦虎,祖磊,高峰,张桂明.  玻璃钢/复合材料. 2015(10)
[8]中国复合材料自动铺放技术研究进展[J]. 文立伟,肖军,王显峰,齐俊伟,王跃全,李勇,还大军.  南京航空航天大学学报. 2015(05)
[9]伺服电机的选型原则与计算[J]. 肖潇,杨金堂,全芳成,李京,田晓波,汪谱发.  机床与液压. 2014(22)
[10]基于热芯缠绕工艺的缠绕张力研究[J]. 许家忠,刘丹,乔明,苗雅楠.  纤维复合材料. 2012(03)

硕士论文
[1]回转体缠绕线型设计及轨迹规划研究[D]. 杨红红.哈尔滨理工大学 2015
[2]基于NUM1020数控系统的缠绕机控制系统设计[D]. 周铭一.哈尔滨理工大学 2015



本文编号：2979375