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回转体缠绕线型设计及轨迹规划研究

发布时间:2018-05-01 11:26

  本文选题:轨迹规划 + 测地线缠绕 ; 参考:《哈尔滨理工大学》2015年硕士论文


【摘要】:因为纤维缠绕复合材料的比强度和比刚度均高、可靠性好、密度小、抗腐蚀,在燃料贮箱、导弹运载筒、天然气瓶、管道、建筑等方面取得了广泛的应用,纤维缠绕复合材料制品的缠绕轨迹可设计性强,且纤维的排布状态决定制品的机械性能,因此对纤维缠绕带椭圆封头的组合回转体的线型的研究具有很重要的理论指导意义和工程实用价值。本文将研究适用于四自由度缠绕机的测地线缠绕线型和运动轴的运动轨迹。 本文首先分析了纤维缠绕技术所必须满足的缠绕定理,纤维缠绕的线型规律,以及影响纤维缠绕制品机械性能的缠绕参数。然后建立了带有椭圆型封头的组合回转体的数学模型,并根据纤维缠绕定理对带有椭圆型封头的组合回转体模型进行单缠绕周期线型设计,用相当圆的方法计算出椭圆型封头表面的测地线,根据微分几何的相关知识求解出圆柱体段表面的的测地线,根据芯轴上当前落纱点转动的位置关系求解出落纱点坐标和芯轴转角之间的关系式。然后对组合回转体的完整缠绕进行了设计,主要包括缠绕每层的切点数、两相邻切点之间的纱线拟合数和完成整个制品的缠绕所需的缠绕层数。再根据丝嘴坐标与落纱点之间的几何关系,计算出横向伸臂运动和小车的纵向往返运动与芯轴旋转运动之间的关系。之后根据在整个缠绕过程中纤维纱宽保持恒定的条件,计算出丝嘴的翻转角与芯轴转角之间的关系式。 本文中应用MATLAB仿真软件对文中规划的各个运动轴的运动轨迹进行了验证仿真。本文分别从“自由纤维为定长”和“丝嘴在预设的轨迹上运动”两个方面对缠绕过程中的各个轴的运动轨迹做了仿真验证分析,,对不同切点数及相同切点数不同缠绕顺序对纤维缠绕过程中各个轴的运动轨迹的影响做了仿真分析。仿真结果证明:本文中求解带有椭圆封头的组合回转体压力容器的纤维缠绕线型和运动轴的运动轨迹的方法是可行的。
[Abstract]:Because the ratio strength and the specific rigidity of the fiber - wound composite material are both high , the reliability is good , the density is small , the corrosion resistance is widely applied in the aspects of fuel tanks , missile carriers , natural gas bottles , pipelines , buildings and the like , the winding paths of the fiber wound composite articles can be designed to be strong , and the arrangement state of the fibers can determine the mechanical properties of the products .

The paper first analyzes the winding theorem which must be satisfied by the fiber winding technique , the linear law of the fiber winding , and the winding parameters that affect the mechanical properties of the fiber winding products . Then , the relation between the coordinates of the two adjacent cutting points and the rotation motion of the core shaft is calculated according to the relation knowledge of the differential geometry . Then , the relation between the turning angle of the yarn nozzle and the rotation angle of the mandrel is calculated according to the geometric relationship between the coordinates of the yarn and the yarn dropping point . After that , the relation between the turning angle of the yarn nozzle and the rotation angle of the mandrel is calculated according to the condition that the width of the fiber yarn is kept constant during the whole winding process .

In this paper , the simulation results of the movement locus of each axis are simulated by MATLAB simulation software . The simulation results show that the method is feasible to solve the movement locus of the fiber winding linear and the moving axis of the combined rotary pressure vessel with elliptical head .

【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB332

【参考文献】

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本文编号:1829157

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