基于空间群P4对称性的三维编织材料的结构及工艺研究

发布时间：2019-11-11 18:34

【摘要】：三维编织材料具有高比强度、高比模量,高的损伤容限和断裂韧性,在航空航天、体育用品和汽车等结构件中得到应用。受加工方法的制约,用群论推导的很多新三维编织几何结构还无法加工。传统三维编织材料受加工效率低和生产成本高等因素的影响,急需开发新几何结构的三维编织材料及其加工工艺。本文针对基于空间群P4对称性的三维编织材料主要进行了以下研究工作:满足空间群P4对称性的三维编织几何结构已被证明是一种合理的纱线交织方式,考虑该几何结构的完整性和表面纱线的连续性,分析编织纱线在三维空间的运动规律,进而获得板块三维编织材料的完整几何结构。用代表性体积单元法分析该三维编织材料的几何结构,建立板块三维编织材料的数学模型,计算三维编织材料单元结构参数和预测纤维体积百分含量,并试验验证编织工艺的可行性。基于空间群P4对称性的管状三维编织材料的细观结构及其单元特性,建立管状三维编织材料细观结构的几何模型,分析编织几何结构参数的变化关系,并预测管状三维编织材料的纤维体积百分含量及变化趋势。分析管状三维编织材料的编织工艺及纱线的空间拓扑结构,试验验证管状编织工艺的可行性。针对基于空间群P4对称性的板块三维编织材料的加工工艺要求,分析编织工艺中携纱器的运动规律,初步设计了加工板块三维编织材料的工艺装备。携纱器的横向运动采用链传动机构驱动,实现携纱器的精确定位和运动循环,动力采用步进电机,实现间歇进给;携纱器的纵向运动采用气动机构实现其快速定位,用可编程控制器实现横纵运动的顺序控制。本文根据满足空间群P4对称性的三维编织几何结构的理论研究结果,分析其板块和管状结构的编织工艺,建立三维编织几何结构的数学模型,设计板块编织工艺装备,为新三维编织材料的进一步开发研究打下了理论基础,丰富了三维编织材料的品种。
【图文】：

编织工艺,板块,三维编织

对四步法和二步法三维编织工艺展开[22]。法三维编织工艺步法编织工艺最早由 R. A. Florentine 于 1982 年在专利中提出[23]。四步法的不同工艺过程进行了系统研究[12]。四步法三维编织工艺面三维编织和复杂截面三维编织。在工程中应用较多的是将板块织生产为预制体，用于生产复合材料构件。四步法三维板块编织工艺 1四步法三维板块编织工艺如图 1-1 所示，图 1-1(a)为携纱器的初运动四步为一个编织循环。如图 1-1(b)所示，沿箭头所示的方向，个列向距离；如图 1-1(c)所示，沿箭头所示方向，携纱器运动一个纱器的第三步运动方向恰巧与第一步的方向相反（图 1-1(d)所示）四步运动恰与第二步的相反（图 1-1(e)所示）。经过上述四步运动个编织循环，形成一个花节。此外，M×N 编织型式是指第一步与 M 个列向步距，第二步与了第四步运动 N 个行向步距。

组合截面,板块,分布规律

图 1-2 各种板块组合截面的携纱器分布规律[24]Fig. 1-2 The carrier array of the different square section2）四步法三维管状编织工艺四步法管状编织过程中，携纱器在编织工作台上按圆周方向和半径方向的排列，，环数即为携纱器在半径方向的数量，列数为圆周方向携纱器的数量，偶数。辅助携纱器是指排列在最内圈和最外圈的携纱器，在编织过程中只参径方向上的运动，其运动规律如图1-3所示[25]。重复所述的四步运动，编织在空间相互交织，并经过打紧形成具有厚度的四步法三维管状织物[26-27]。
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB33

【参考文献】