可变径三维编织携纱器的结构优化设计

发布时间：2020-07-29 17:53

【摘要】：三维编织复合材料是一种全新的复合材料,同时由于其独有的特性,较广泛地应用于军事、航空航天、民用以及医疗领域。利用三维编织预制体增强复合材料时,因其具有纤维多向取向,立体编织等特性,使得复合材料的综合力学性能得到更好发挥,因此受到大量科研工作者的重视。目前,对于这种三维编织复合材料而言,变截面和变径预制体的制备是三维编织技术中的瓶颈之一,因而限制了其在实际生产中的应用。在已有的三维编织设备中,较为突出的问题是编织设备无法实现自动化,需要大量人工进行辅助编织,这样不单降低了效率同时还增加了人工成本,鉴于此,对于主动三维编织携纱器的研究就有明显的意义。本文利用已发展成熟的增减纱工艺并结合当前增减纱技术,研制出一种可自动实现增减纱的携纱器,从而准确高效地完成预制体的编织工作。本论文基于三维编织技术,论述了实现可变径预制体的编织方法,并通过对不同编织工艺对比分析,提出了可以实现增减纱的主动携纱器的设计方案:一个携纱器带有多根纱线,通过化学粘合的方式来完成增纱的过程,进而改变编织纱线束的数目,从而达到这种变截面和变径织物的编织目的。本文基于Creo三维设计软件平台完成携纱器各零部件的结构设计与装配工作,其中,该主动携纱器主要包括储纱和增减纱部分。并利用该软件的相关模块对所设计的零部件进行虚拟装配,验证各零部件之间是否存在干涉,从而为后续携纱器样机的加工及其装配奠定了理论基础。针对该主动携纱器的实现自动增减纱的工作要求,本文对化学粘合剂的选用及其特性对比进行了论述,同时对化学粘结的可靠性进行了计算和分析,其中包括对主副纱线粘结效果的计算检验和增纱装置的强度进行了分析验证,并得到携纱器的设计可以满足设计需要结论,从而为后续的设计工作夯实了基础。论文最后利用ANSYS分析软件对携纱器增减纱装置中的重要零部件进行了静力学分析,在验证其工作的可靠性同时并对其参数进行优化,进而得到更为合理设计数据,从而为后续的加工和分析奠定了基础。
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;TS104
【图文】：

几何形状,三维编织,预制体,截面形状

绪论发展具有里程碑式的意义。还有由 Albany 公司研发的角轮式圆形编织机，Herzo公司设计研发的三维实体编织机以及由天津工业大学于 1994 研制出的编织方形预制件的三维编织机，这台编织机也代表了目前国内三维编织机的最高水准，其中Herzog 公司研制出的三维编织机编织复杂截面形状的原理是利用增加轴向纱，同时调整编织纱来达到改变编织物几何形状的目的[13]。1.2.2 三维编织工艺的研究现状分析自上个世纪六十年代以来，三维编织技术不断发展，提出了多种三维编织的思路，而且在编织工艺上迄今为止仍在不断探索之中，其中四步法编织和二步法编织则是主流的形式，其应用也最为广泛，而且当下市场中利用二步法和四步法编织成的三维预制体的截面形状主要为圆形、方形以及异形，如图 1-1 所示[14]。

示意图,矩形横截面,示意图,编织式

第三步第四步图 1-2 矩形横截面四步法（1×1）编织示意图四步法编织矩形横截面工艺中携纱器的运动如图 1-2 所示，而所谓四步法织纱完成编织的一个循环包括四步，第一步，奇数行和偶数行分别向左和向右一个纱线位置，第二步则是奇数列和偶数列分别向下和向上运动，同样也是一线位置，第三步、第四步分别于第一步、第二步的运动方向相反，由此，编织着纵横两个方向往复移动，不断重复这个四步循环即可完成编织。ii 矩形组合（工字梁）截面编织物由上述矩形截面四步法编织工艺可以这样一条重要的原则：经过这四步运动，全部纱线都应移动到原先有一根纱线的位置。因此简单地以普通矩形横截面排列基本阵列并按照矩形截面编织工艺则无法完成编织工作，所以为了能够满足编织复杂横截面的需求，则需要新的技术，因而混合式样法和通用法应运而生。a. 混合式样法在同一个复杂横截面内同时采用多种编织式样，经过一个循环后可满足编织式样的重要原则，完成编织，其运动原理如图 1-3 所示。

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第二步第三步图 1-3 混合式样法（3×1、1×3）编织工字型织物示意图b. 通用法在编织工艺中仅采用一种编织式样，但是将复杂的横截面进割，然后分组地进行编织。首先根据所需横截面形状进行排列，图 1-4 展示型界面的编织工艺原理。a b

【参考文献】