预浸带缠绕成型筒形件关键性能建模及其工艺参数优化设计

发布时间：2021-02-24 20:34

　　预浸带缠绕技术作为复合材料制品成型的先进制造技术之一,凭借其独特的成型特点,已发展成为筒形类基础构件制造的主要手段,并广泛应用于航空、航天与船舶等工业领域,尤其是火箭发动机与战略导弹壳体的主要生产方式。虽然复合材料的迅猛发展带动了预浸带缠绕技术迈向工业自动化,使之可以缠绕结构更加复杂的零件,但是相对于成熟的缠绕机械系统,其制造成型工艺仍然主要依靠人工经验,容易导致缠绕制品产生不同程度的缺陷,如纤维褶皱、分层及裂纹等;同时,成型方法的落后也制约了缠绕工艺的创新,尤其设计具有期望性能的制品。因此,开展预浸带缠绕工艺研究,建立可靠的工艺参数设计方法,对提高缠绕制品的性能,开展工业自动化等都具有十分重要的理论意义。为解决现有预浸带缠绕工艺主要依靠人工经验的不足,本文基于预浸带缠绕实验平台,分析缠绕工艺中存在的问题,针对预浸带缠绕工艺关键技术:预浸带输送过程中的摩擦系统、筒形件残余应力及环向拉伸强度、工艺参数设计与控制等内容展开研究。论文的主要研究工作如下:（1）建立卷入张力与缠绕工艺参数之间的映射关系。卷入张力是保证预浸带缠绕制品质量的关键因素,其变化受预浸带输送过程中摩擦力的影响。据此,论文... 

【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：143 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 复合材料的发展与重要性
        1.1.3 复合材料缠绕技术面临的问题
        1.1.4 研究的目的与意义
    1.2 复合材料筒形件缠绕成型概述
        1.2.1 复合材料筒形件缠绕方式
        1.2.2 复合材料筒形件缠绕固化方式
        1.2.3 复合材料缠绕机系统
    1.3 复合材料筒形件缠绕成型技术研究现状
        1.3.1 复合材料缠绕筒形件残余应力研究现状
        1.3.2 复合材料缠绕筒形件力学性能研究现状
        1.3.3 复合材料缠绕筒形件工艺参数控制研究现状
    1.4 复合材料带缠绕工艺研究的难点
    1.5 文章主要研究目标
    1.6 章节安排
第二章 预浸带缠绕工艺摩擦分析及卷入张力模型建立
    2.1 复合材料预浸带缠绕工艺
    2.2 复合材料预浸带缠绕摩擦实验
        2.2.1 材料与缠绕设备
        2.2.2 摩擦过程模型
        2.2.3 摩擦系数测量过程
    2.3 工艺参数对摩擦系数的影响
        2.3.1 缠绕张力对摩擦系数的影响
        2.3.2 缠绕温度对摩擦系数的影响
        2.3.3 预浸带材料对摩擦系数的影响
        2.3.4 预浸带缠绕速度对摩擦系数的影响
    2.4 卷入张力与工艺参数映射模型建立
        2.4.1 摩擦现象对卷入张力的影响
        2.4.2 卷入张力模型分析
    2.5 本章小结
第三章 预浸带缠绕筒形件残余应力模型建立
    3.1 预浸带缠绕筒形件残余应力分析
    3.2 缠绕工艺复合材料筒形件应力
        3.2.1 芯模径向刚度
        3.2.2 复合材料筒形件应力
    3.3 固化工艺复合材料筒形件应力
        3.3.1 固化热应力
        3.3.2 固化收缩应力
    3.4 复合材料筒形件残余应力模型
    3.5 模型实验验证
        3.5.1 材料及试样制备
        3.5.2 残余应力测量方法
        3.5.3 实验结果分析
    3.6 不同卷入张力模式的复合材料筒形件残余应力
    3.7 本章小结
第四章 预浸带缠绕筒形件环向拉伸强度模型建立
    4.1 复合材料拉伸强度基本理论
    4.2 预浸带缠绕成型纤维体积含量变化分析
    4.3 缠绕工艺阶段纤维体积含量
        4.3.1 接触压实区域分析
        4.3.2 树脂连续模型
        4.3.3 纤维压实模型
        4.3.4 树脂温度粘度模型
    4.4 固化工艺纤维体积含量
        4.4.1 纤维应力
        4.4.2 树脂流动
    4.5 复合材料筒形件拉伸强度实验
        4.5.1 试验件的制备
        4.5.2 复合材料圆环拉伸强度实验测量方法
        4.5.3 复合材料筒形件拉伸实验结果及分析
    4.6 本章小结
第五章 预浸带缠绕工艺参数对制品性能影响的研究
    5.1 缠绕工艺参数的单因素影响规律
        5.1.1 工艺参数单因素对残余应力影响规律
        5.1.2 工艺参数单因素对拉伸强度影响规律
    5.2 缠绕工艺参数多因素耦合影响规律
        5.2.1 工艺参数耦合对残余应力影响规律
        5.2.2 工艺参数耦合对环向拉伸强度影响规律
    5.3 缠绕工艺参数的重要度分析
    5.4 本章小结
第六章 缠绕成型工艺参数优化设计
    6.1 预浸带缠绕筒形件工艺参数设计
        6.1.1 基于复合材料筒形件等环向残余应力的卷入张力设计
        6.1.2 基于受内压复合材料筒形件均匀应力的卷入张力设计
        6.1.3 基于残余应力及环向拉伸强度的工艺参数优化
    6.2 缠绕工艺参数动态控制
    6.3 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 工作总结
    7.2 主要创新点
    7.3 工作展望
参考文献
致谢
攻读博士期间发表的学术论文和参与的科研情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料带缠绕成型过程建模及工艺参数优化[J]. 俞涛,史耀耀,邓博,何晓东,康超,宋士博.  固体火箭技术. 2017(05)
[2]复合材料成型技术[J]. 李丹,良辰.  航空制造技术. 2017(16)
[3]厚壁碳/酚醛复合材料热压罐固化工艺优化[J]. 马飞,杨雯,梁希凤.  宇航材料工艺. 2017(03)
[4]Analysis and control of the compaction force in the composite prepreg tape winding process for rocket motor nozzles[J]. He Xiaodong,Shi Yaoyao,Kang Chao,Yu Tao.  Chinese Journal of Aeronautics. 2017(02)
[5]固化炉成型复合材料孔隙率超声检测方法研究[J]. 郭治文,施晓春,沈洋,陶明高,周松蔚.  航空制造技术. 2017(05)
[6]热固性树脂基复合材料固化变形和残余应力数值模拟研究综述[J]. 丁安心,李书欣,倪爱清,王继辉.  复合材料学报. 2017(03)
[7]先进复合材料国防科技重点实验室的航空树脂基复合材料研发进展[J]. 李斌太,邢丽英,包建文,安学锋,张洋,石峰晖,李雪芹,焦健,陈祥宝.  航空材料学报. 2016(03)
[8]Fe-Si-B/环氧树脂复合材料的制备及其介电性能[J]. 侯晴,范润华,燕克兰,张子栋,陈敏,孙凯,程传兵,谢培涛.  稀有金属材料与工程. 2016(S1)
[9]先进树脂基复合材料发展现状和面临的挑战[J]. 邢丽英,包建文,礼嵩明,陈祥宝.  复合材料学报. 2016(07)
[10]复合材料带缠绕成型工艺参数耦合机制及优化[J]. 史耀耀,俞涛,何晓东,康超,张晓扬,张军.  复合材料学报. 2015(03)

博士论文
[1]热固型树脂基纤维缠绕复合材料原位成型工艺仿真研究[D]. 乔明.哈尔滨理工大学 2016



本文编号：3049913