环形容器的缠绕线型研究及动态仿真

发布时间：2020-04-28 10:31

【摘要】：纤维增强材料(FRP)是一种具有比强度高、比刚度高、低密度、耐腐蚀性等优越性能的复合材料。纤维缠绕是制造高强度复合材料制品的一种重要工艺方法,广泛应用于航空、航天、建材、化工等领域。在纤维缠绕工艺中,连续纤维被缠绕到芯模上以形成复合材料制品。 纤维缠绕制品通过缠绕线型的三种基本类型生产出来,它们是平面缠绕、螺旋缠绕和环向缠绕。纤维缠绕工艺适合于制造旋转对称制品。在缠绕制品中,纤维缠绕复合材料压力容器因其低成本、重量轻和安全性好,在军用和民用中被广泛应用于储存气体或流体。 本文在纤维缠绕基本规律的基础上建立了一般曲面上纤维缠绕的数学及几何模型导出了纤维稳定的条件,研究了环形容器的缠绕线型设计方法,对环形容器芯模的运动规律、绕丝嘴的运动规律及缠绕线型进行了分析。 在Visual C++环境下,结合OpenGL图形处理软件对环形芯模进行三维建模并用OpenGL中的操作命令实现环形容器纤维缠绕的动态仿真。OpenGL是一个被广泛应用于虚拟现实、动画、CAD/CAM/CAE等领域的性能优越的三维图形应用程序库,目前已成为三维图形开发的标准。本文将环形容器的芯模主要几何尺寸进行参数化,利用OpenGL的相关命令和函数对芯模进行三维建模:然后通过编辑仿真程序而进行纤维缠绕的仿真。 充分利用VisualC++的MFC(Microsoft基本类库)资源编辑程序,调用OpenGL的三维图形程序库,实现逼真的模拟纤维缠绕环形容器的生产过程,减少工程设计人员的计算强度,降低生产成本,提高生产效率。
【图文】：

3开始缠绕初期的效果图

与芯模的旋转速度和速率都是相同的。为实现这一过程，在程序中设置一个变量与纱片的起始点相对应，在整个缠绕过程中该变量随着旋转而不停的递增，时刻绘制出从对应点到已缠绕在芯模上的纱片。图4一3即为缠绕初期的实时效果。图-43开始缠绕初期的效果图考虑缠绕成型工艺的原因，缠绕在环形芯模上的两层纱片应该是相反方向的，，即纱片交叉铺排，故在第一层线形缠绕完毕后绕丝嘴将反向缠绕。此时，第一层已经缠绕在芯模上的纱片要保留下来并随着芯模一起反向旋转，为实现这一过程，当第一层纱片缠绕完成后，把最后的点坐标值赋给一个临时的坐标，在第二层缠绕开始时赋予第二层起始点。图4一4，4一5分别展现的是纱片在环形芯模上缠满一层和反向缠绕第二层未满的效果。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TH49

【引证文献】

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1 余正生;杨章通;楚广琳;;圆环曲面纤维缠绕线型的设计与仿真[J];机电工程;2008年04期

本文编号：2643356