T型截面三维编织关键技术的研究和编织设备的设计

发布时间：2020-06-12 08:10

【摘要】：三维编织预制件是采用三维编织工艺对性能较高的纤维进行编织而得到的具有整体结构的三维编织物。由于传统的三维编织工艺都采取间歇步进运动方式,导致预制件生产效率低和三维编织设备造价昂贵,预制件只能进行小规模的生产而不能大批量的制造,限制了三维编织复合材料的广泛应用。本文以T型截面三维编织物为研究对象,对三维编织工艺进行研究,基于旋转式三维编织原理,提出一种采用连续运动方式生产T型截面三维编织物的编织工艺,模拟其编织过程,建立编织物的结构模型,研制相应的编织设备并通过编织实验验证编织工艺及织物模型的正确性。本文主要研究内容如下:(1)基于笛卡尔、旋转式和六角形三种三维编织原理,设计T型截面三维编织物的四种编织工艺,并对四种编织工艺进行研究。对基于旋转式编织工艺生产T型截面三维编织物进行进一步研究,确定旋转式三维编织原理,研究锭子连续运动方式、锭子移动轨迹和锭子“10”排布规律,并给出叶轮排布方案以及编织物结构增强方案。(2)构建T型截面旋转式编织工艺中叶轮排布方案的锭子移动轨迹数学模型。根据数学模型,获取纱线的空间坐标,运用B-spline曲线对空间坐标进行拟合,得到三维编织物的结构模型,并对模型进行优化,使之更加接近真实的编织物结构。然后还对编织过程中的锭子运动、纱线交织运动和编织物牵引运动进行动态模拟。(3)对旋转式编织设备的结构和传动系统进行研究,提出三维编织设备的整体设计方案。以提高编织物结构的性能和降低编织设备的成本为目的,对T型截面旋转式编织工艺中的叶轮排布方案进行优化。根据优化后的叶轮排布方案,设计三维编织设备的结构和传动系统。(4)研制三维编织设备一台,并在该设备上进行编织实验,验证本文提出的三维编织工艺的可行性和编织过程动态模拟的正确性。
【图文】：

编织物,类型,纱线,三维编织

GE 公司用三维编织复合材料代替原来的合金材料制成了火箭发动机的零部件，发动机不仅满足了强度高和价格低的要求，而且重量减轻了 40%左右[1]。通过这三维编织复合材料的成功运用，，三维编织工艺进入了人们的视野，此后经过大量究人员的研究，逐渐走进了航天、汽车和医疗等各个领域[2-4]。编织工艺最早起源于人们的手工劳动，比如头发打结和鱼网编织等。编织物主分为二维编织物和三维编织物，关于编织物的分类定义有很多，Ko 给了一个广的定义[5]：三维编织工艺是根据二维编织工艺发展而来的，三维编织物是由三个者三个以上的纱线组（纱线层）交织成的编织物，每一个纱线组与编织物成型的向有一定的倾斜角度。二维编织物和三维编织物的结构分别如图 1-1（a）和（b）示[6]。图 1-1（a）中的编织物为二维编织物，该编织物结构中有三个纱线组，但只有两个纱线组与编织物成型方向有一定的倾斜角度，还有一个纱线组与编织成型方向相同，他们之间的夹角为0 。与编织物成型方向夹角为0 的纱线组主起增强编织物结构的作用。图 1-1（b）中的编织物为三维编织物，该编织物结构有六十四个纱线组，与编织物成型方向有一定的倾斜角度的纱线组超过三个。

设备,三维编织,圆形,底座

（a）矩形三维编织设备（b）圆形三维编织设备图 1-2 Florentine 设计的两种编织设备own[13]在 1998 年，提出了一种编织圆形截面三维编织物的圆形三维编，这种三维编织物具有筒壁的厚度。Lee[14]根据 Brown 提出的理念设计形三维编织设备，用来编织圆形三维编织物，如图 1-3（a）所示。Wa 年设计了一台卧室圆形三维编织设备，携纱器的底座沿着圆周方向依环上，圆环按照预定的方向做旋转运动，携纱器的底座沿着径向方向移3（b）所示。Mamel 在 2015 年设计了一台立式圆形三维编织设备，如c）所示。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS105

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