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环绕纠缠成型工艺

削减字体  削减字体 宣布日期:2019-06-03  来历:复材操纵手艺网  阅读次数:2160
焦点提醒:弁言纤维环绕纠缠成型是树脂基复合资料的首要制作工艺之一,是在节制张力和预约线型的前提下,将持续的纤维粗纱或布带浸渍树脂胶液、
 弁言
    纤维环绕纠缠成型是树脂复合资料的首要制作工艺之一,是在节制张力和预约线型的前提下,将持续的纤维粗纱或布带浸渍树脂胶液、持续地环绕纠缠在响应于成品内腔尺寸的芯模或内衬上,而后在室温或加热前提下使之固化制成必然外组成品的体例。
    纤维环绕纠缠手艺的成长与加强资料、树脂体系的成长和工艺发现息息相干,固然在汉朝就有在长木杆外加纵向竹丝及环向蚕丝后浸渍大漆制作戈、戟等长武器杆的工艺,但直到20世纪50年月纤维环绕纠缠工艺才真正成为一种复合资料制作手艺。1945年初次操纵纤维环绕纠缠手艺胜利制作了无弹簧的车轮吊挂装配,1947年第一台纤维环绕纠缠机被发现。跟着碳纤维、芳纶纤维等高机能纤维的斥地和微机节制环绕纠缠机的呈现,纤维环绕纠缠工艺作为一种机器化出产水平很高的复合资料制作手艺,获得敏捷的成长,20世纪60年月起头在几近一切能够或许的范畴都获得了操纵。
第一节 概述
一、环绕纠缠成型工艺的特色与分类
1.环绕纠缠成型工艺的特色
环绕纠缠成型工艺作为一种常常操纵的复合资料成型体例,其特色包含:
(1)易于完成高比强度成品的成型。与其他成型工艺体例比拟,以环绕纠缠工艺成型的复合资料成品中纤维蜷缩和按划定标的目标摆列的整洁和切确度较高,成品能充实阐扬纤维的强度,是以比强度和比刚度均较高,如通俗玻璃纤维加强复合资料的比强度即三倍于钢、四倍于钛。
(2)易于完成成品的等强度设想。因为环绕纠缠时能够或许根据承力请求肯定纤维排布的标的目标、条理和数量,是以易于完成等强度设想,成品布局公道。
(3)制作本钱低,成品品德高度可反复。环绕纠缠成品所用加强资料大多是持续纤维、无捻粗纱和无纬带等资料,不用纺织,从而削减了工序,下降了本钱,同时也防止了布纹穿插点与短切纤维末真个应力集合。纤维环绕纠缠工艺轻易完成机器化和主动化,产物品德高而不变,出产率高,便于多量量出产。
(4)适于耐侵蚀管道、储罐和高压管道及容器的制作,这是别的工艺体例所不迭的。
固然今朝环绕纠缠成型工艺是各类复合资料成型工艺中机器化、主动化水平较高的一种,能制作出机能杰出的成品,可是它也存在以下规模性:
(1)在湿法环绕纠缠进程中易组成气泡,组成成品内孔隙过量,从而下降层间剪切强度、紧缩强度和抗失稳能力。是以,请求在出产进程中尽能够接纳活性较强的浓缩剂,节制胶液粘度,改良纤维的浸润性及得当增大纤维张力等办法,以便削减气泡和孔隙率。
(2)环绕纠缠复合资料成品的开孔四周应力集合水平高,层间剪切强度低。为了毗连配件而启齿停止的切割、钻孔或开槽等城市下降环绕纠缠布局的强度。是以请求布局设想公道,成品完全固化后尽能够防止切割、钻孔等粉碎性的加工。对确需开孔、开槽的复合资料成品须要接纳局部补强办法。
(3)对成型成品的外形有规模性,不太适合于带凹曲线外表(双负曲率曲线)部件的制作。到今朝为止,环绕纠缠成品多为圆柱体、球体及某些正曲率反转展转体,如管、罐、椭圆运输罐等。对非反转展转体或负曲率反转展转体成品的环绕纠缠纪律及环绕纠缠装备比拟庞杂,尚处于研讨阶段。
2.环绕纠缠成型工艺的分类
纤维环绕纠缠成型工艺按其工艺特色,凡是分为三种:
(1)干法环绕纠缠成型工艺  将持续的玻璃纤维粗纱浸渍树脂后,在必然的温度下烘干必然时候,撤除溶剂,并使树脂胶液从A阶段转到B阶段,而后络纱制成纱锭,环绕纠缠时将预浸纱带按给定的环绕纠缠纪律间接排布于芯模上的成型体例,称为干法环绕纠缠成型工艺。
接纳该法制成的成品品德比拟不变,环绕纠缠速率能够或许进步(可达100~200m/min),工艺进程易节制,装备比拟洁净,能够或许改良休息卫生前提。这类工艺体例轻易完成机器化、主动化。该工艺请求所操纵的固化剂在纱带烘干时不应升华或挥发,出格是接纳酸酐及DDS类等低温固化的树脂基体系统,常常易呈现成品内层贫胶、外层富胶,有的外表有较多乃至较大的气泡,外表不滑腻。并且因为纱片环绕纠缠时每束已浸渍树脂胶的纤维束被张紧得如统一条持续平均的薄片须要预浸、烘干和络纱,是以,环绕纠缠装备庞杂,投资较大。
(2)湿法环绕纠缠成型工艺  将持续玻璃纤维粗纱或玻璃布带浸渍树脂胶后,间接环绕纠缠到芯模或内衬上而成型加强塑料成品,而后再经固化的成型体例称为湿法环绕纠缠成型工艺。
湿法环绕纠缠工艺装备比拟简略,对原资料请求不严,便于可选用差别资料,因纱带浸胶后顿时环绕纠缠,对纱带的品德不易节制和查验,同时胶液中尚存大批的溶剂,固化时易发生气泡,环绕纠缠进程中纤维的张力也不易节制。环绕纠缠进程中的每个关头,如:浸胶辊、张力节制器、导丝甲等,常常须要人停止保护,不时涮洗,使之坚持杰出的任务状况。万一某一关头发生纤维缠结,必将影响全数环绕纠缠工艺及产物品德,偶然会组成华侈。
(3)半干法环绕纠缠成型工艺  这类工艺与湿法比拟增添了烘干工序,与干法比拟,延长了烘干时候,下降了胶纱烘干水平,可在室温下停止环绕纠缠。这类成型工艺既撤除溶剂、进步了环绕纠缠速率,又削减了装备,进步了成品品德。
二、环绕纠缠成型工艺的近况与成长
    今朝,环绕纠缠成品在军、民两方面都有操纵。军用产物的特色是高机能及切确的环绕纠缠布局。民用首要产物有贮罐、管材和压力容器,特别是现场环绕纠缠手艺的操纵,处理了畴前对纤维环绕纠缠大型贮罐尺寸受限定的题目,大大拓宽了环绕纠缠成品的操纵规模,而夹砂纤维环绕纠缠管线的投产则斥地了玻璃钢管在供水体系中的操纵。
    纤维环绕纠缠可经由进程加强资料、基材及工艺布局的优选使成品机能到达最好,是较为进步前辈的玻璃钢成型工艺,但其今朝仍有很多题目有待进一步研讨和处理:
(1)在布局设想方面,环绕纠缠工艺和布局设想的连系仍不够慎密,应进一步加强,经由进程布局设想所肯定的公道的产物布局情势和设想参数来最初肯定公道的工艺轨制,以进步产物品德、出产效力和手艺经济目标。
(2)在原资料方面,对资料机能的研讨仍有待深切,如加强资料的强度,树脂的延长率、耐低温、耐侵蚀机能及工艺性等。
(3)对主动化环绕纠缠装备的研制还有待进步,以确保出产工艺进程的最大不变性及成品的靠得住性和经久性,进步休息出产率。
(4)因为原资料和工艺进程的变更对产物机能影响很大,是以还要对从原资推测产物的全数工艺中的各个关头停止查验和办理,成立健全和严酷的品德查验和办理轨制。
第二节 环绕纠缠成型工艺事理
    对环绕纠缠成型工艺事理的阐发,首要是研讨环绕纠缠纪律,即导丝头与芯模之间绝对活动的纪律,以知足纤维平均、不变和纪律地环绕纠缠到芯模上。经由进程对环绕纠缠纪律的研讨,能够或许找出成品的布局尺寸与线型和导丝头与芯模绝对活动之间的定量干系,从而肯定详细产物的最好环绕纠缠工艺轨制。
一、环绕纠缠纪律分类
不管何种情势的环绕纠缠,都归纳到三类中:环向环绕纠缠、立体环绕纠缠和螺旋环绕纠缠。
(1)环向环绕纠缠。环向环绕纠缠是沿容器圆周标的目标停止的环绕纠缠。环绕纠缠时芯模绕本身轴线作匀速活动,导丝头在平行于芯模轴线标的目标的筒身区间活动。芯模每转一周,导丝头挪动间隔为一个纱片宽。如斯轮回下去,直至纱片平均充满芯模圆筒段外表为止,以下图所示:

    环向环绕纠缠的特色是环绕纠缠只能在筒身材停止,不能缠到封头上去。临近纱片间相接而不堆叠,纤维的环绕纠缠角凡是在85°~90°之间。为使纱片能一片挨一片地充满芯模外表,就必须保障芯模与导丝头的平移,保障两个活动的彼此调和。
(2)立体环绕纠缠。立体环绕纠缠时,导丝头在牢固立体内作匀速圆周活动,芯模绕本身轴线慢速扭转。导丝头每转一周,芯模转过一个细小角度,反应到芯模外表上是一个纱片宽度。纱片与芯模纵轴成0°~25°的交角,并与两头极孔相切,顺次持续环绕纠缠到芯模上去。纱片排布彼此不发生纤维穿插,纤维环绕纠缠轨迹是一条单圆立体封锁曲线。
    立体环绕纠缠的速比是指单元时候内芯模转数与导丝头扭转的转数比,纱片与纵轴的交角称为环绕纠缠角(α),以下图所示:


   在螺旋环绕纠缠中,纤维环绕纠缠不只在筒身材停止,并且在封头上也停止。其环绕纠缠进程为:纤维自在器一真个极孔圆周上某一点动身,沿着封头曲面上与极孔圆相切的曲线绕过封头,并按螺旋线轨迹绕过圆筒段,进入另外一端封头,而后再前往到圆筒段,最初绕回到起头环绕纠缠的封头,如斯轮回下去,直至芯模外表平均充满纤维为止。因而可知,螺旋环绕纠缠的轨迹是由圆筒段的螺旋线和封头上与极孔相切的空间曲线所组成,即在环绕纠缠进程中,纱片若以右旋罗纹缠到芯模上,前往时,则以左旋罗纹缠到芯模上。
    螺旋环绕纠缠的特色是每束纤维都对应极孔圆周上的一个切点;不异标的目标临近纱片之间相接而不订交,差别标的目标的纤维则订交。如许,当纤维平均缠满芯模外表时,就组成了双层纤维层。
二、螺旋环绕纠缠纪律阐发
    今朝,对环绕纠缠纪律的研讨首要接纳两种阐发体例:规范线法和切点法。规范线法的根基点便是经由进程容器外表的某一特点线——“规范线”来研讨成品的布局尺寸与导丝头、芯模绝对活动纪律。这类体例直观性强易学懂,但阐发演算进程较为庞杂,切确性也不太高。切点法是研讨环绕纠缠线型在极孔上对应切点的散布纪律研讨纤维环绕纠缠芯模转角与线型、速比之间的干系。该体例的现实性较强数学推导比拟周密。这两种阐发体例的动身点虽不不异,但并无实质区分,上面就用这两种体例阐发螺旋环绕纠缠纪律。
1. 名词诠释
(1)规范线。螺旋环绕纠缠时芯模绕其轴线动弹,导丝头平行芯模的轴线作来去活动,由导丝头引出的纤维从芯模上某点起头,颠末几回来去活动后,纤维又绕回到原始点,如许在芯模上完成了第一次铺纱,称为规范线。
    规范线的摆列情势差别,其线型差别,环绕纠缠纪律也差别,是以,规范线是反应环绕纠缠纪律的根基线型。下图为n=4,k=1时螺旋环绕纠缠规范线睁开图。

由图可知,纤维从A点起头环绕纠缠,其走向是A→B→极孔Ⅱ→C→D(与A重合)→极孔Ⅰ→E→C→极孔Ⅱ→B→E→极孔Ⅱ→回到肇端点A,这条布线咱们叫做规范线。螺旋环绕纠缠一直是沿某一规范线停止,区分仅在于每环绕纠缠完一个规范线后,纤维应错过一个纱片宽度,按此停止下去,直至芯模外表充满纤维为止,此时,称为一个穿插环绕纠缠轮回,而显此刻芯模上,则是两层穿插纤维。
(2)穿插点。在规范线上互不平行的环绕纠缠纤维的交点称为穿插点。统一布局尺寸的容器,接纳差别环绕纠缠纪律时,其穿插点数量和地位也不不异。图中A、B、C、D、(A)、E各点即为穿插点。
(3)交带。螺旋环绕纠缠走过一个轮回,由穿插点组成的迹线叫做交带。见图中A、E、D及B、C的连线即为交带。它是一条垂直于轴线的截圆线。而在筒身两头,距筒身与封头交线某间隔处,各存在一条重合于交带的截面圆线,咱们称这个截面圆线为基准线。
(4)常常操纵标记
Lc——容器内衬的筒身长度;
D——内衬直径;
Rx——封头处极孔半径(封头曲线对x轴坐标值);
Ry——对应于值Rx值的y轴坐标值;
α——环绕纠缠角,它表现纤维在芯模上的走向与芯轴轴线的夹角;
β——规范线在封头部的包角。它表现纤维自进入封头到绕出封头时,芯模所转过的角度;
γ——规范线在筒身材的进角。它纤维自筒身一端绕至另外一端时,芯模转过的角度;
n——报酬把圆筒体圆周平分数量;
Li——筒身两头基准线间的间隔;
di——基准线至筒身和封头交壤线间的间隔;
J——立体环绕纠缠轮回数;
K——纵向纤维操纵系数(K=0.7~0.8);
f——每束纤维的平均强度,79.8N/束;
Nθ,Nf——环向和立体环绕纠缠纱片的纤维束数(束/条);
m,M——环向环绕纠缠时纱片密度,条/cm;
P——容器外部压力,710-1MPa;
R——容器半径。
计较公式:

2. 用规范线法阐发螺旋环绕纠缠纪律
   任何线型的环绕纠缠工艺,都请求芯模与导丝头作差别纪律的绝对活动,以是对环绕纠缠纪律的阐发,便是要找出产物布局尺寸与环绕纠缠参数,比方环绕纠缠角、速比等之间的函数干系。上面以受内压圆筒描写器为例停止阐发。








 
这些参数,同时还与容器尺寸、环绕纠缠角α及基准线至筒身和封头交壤线间的间隔di有间接干系,只需周全斟酌研讨,能力选到得当的n、K值,能力使选定的环绕纠缠纪律与容器相顺应,防止环绕纠缠进程中纤维打滑、偏斜等非常景象的发生。
3. 用切点法阐发螺旋环绕纠缠纪律
   后面咱们已先容,螺旋环绕纠缠是一种持续的纤维环绕纠缠进程,环绕纠缠纤维的轨迹是由筒身局部的螺旋线和封头局部与极孔相切的空间曲线组成。
   螺旋环绕纠缠的线型与切点的地位和数量有关,也便是说,与纤维在封头极孔圆周上切点地位有关。是以,对纤维在芯模外表上别离纪律的研讨,能够或许经由进程研讨切点在极孔圆周上的散布及散布纪律处理。这便是用切点法描写螺旋环绕纠缠纪律的根基思惟。
A. 线型
   所谓线型,便是持续纤维环绕纠缠在芯模外表上的排布型式。用切点法描写螺旋环绕纠缠的线型时,首要是使线型与切点数和散布纪律接洽起来停止研讨。
(1)纤维在芯模外表平均充满的前提
(ⅰ)一个完全轮回的观点。在芯模上接洽环绕纠缠的纤维,由导丝头引入从芯模上某点起头,导丝头颠末多少次来回活动后,又缠回到本来的肇端点上,如许的一次布线称为规范线。完成一个规范线环绕纠缠或说完成与初始切点重合的环绕纠缠,称为一个完全轮回。由此能够或许看出,要使纤维平均缠满芯模外表,则须要多少条由持续环绕纠缠纤维组成的规范线。换以言之,须要停止多少个完全轮回环绕纠缠能力完成。规范线的排布型式,即环绕纠缠斑纹特点包含切点、穿插点、交带及其散布纪律。它反应了全数环绕纠缠的斑纹特点。是以,规范线是反应环绕纠缠纪律的根基线型。
(ⅱ)一个完全轮回环绕纠缠的切点数及散布纪律
  a.切点的时序相邻和地位相邻的观点。时序相邻:在极孔圆周上定时候挨次接踵呈现的两个切点。它们的彼此地位只需两种环境。一是两切点之间密排而不再插手其他切点,称这两个切点为地位相邻;二是两切点之间还要插手其他切点,称这两切点地位不相邻。但它们均标明的是切点地位及其呈现的挨次。
  b.单切点与多切点。完成一个完全轮回环绕纠缠有两种环境:第一种环境与肇端切点地位相邻的切点,时序上亦相邻,是以,在呈现与肇端切点地位相邻的切点之前,极孔圆周上只需一个切点,以是称为单切点。第二种环境,与肇端切点地位相邻的点在时序上不相邻。也便是说,在呈现与肇端点地位相邻的切点之前,极孔圆周上已有两个以上切点,这类环境称之为多切点(切点数n=2、3、4……)。
   因为芯模匀速动弹,导丝头么每次来回时候又不异,以是在极孔圆周上的几个切点平分圆周。单切点与两切点的排布挨次如图7-7。

由此能够或许看出,差别的线型其切点数及各切点的摆列挨次差别。
(ⅲ)纤维在芯模外表平均充满的前提。因为芯模上的每束纱片,都对应极孔圆周上的一个切点。是以,只需知足了以下前提,便可实此刻颠末多少完全轮回环绕纠缠后,纱片能一片换一片地平均充满全数芯模外表。
①完成一个完全轮回地诸切点平分芯模转过的角度,即诸切点均布在极孔圆周上。
②相邻的两切点所对应的纱片在筒身材错开的间隔即是一个纱片宽度,明显,因为前提①,其他持续环绕纠缠颠末对应切点的纱片,在筒身上错开的间隔也即是一个纱片宽度。
因而,对纤维环绕纠缠平均充满芯模外表的排布纪律,就能够够或许经由进程对一个完全轮回环绕纠缠纤维排布纪律的研讨来处理。而完成一个完全轮回环绕纠缠纪律的线型,又能够或许经由进程诸切点在极孔圆周上的散布纪律来阐发。
上面咱们找出能够或许知足以上这两个前提的芯模与导丝头的活动干系。
(2)纤维环绕纠缠芯模转角即环绕纠缠中间角与线型的干系。一个完全轮回环绕纠缠,即呈现与肇端切点地位相邻的切点时,芯模转角用θ表现。
导丝头来回一次,即呈现肇端切点时序相邻的切点时芯模转角用θn表现。
导丝头走一个单线程,即单程线环绕纠缠,芯模转角用θt表现。则

(ⅱ)二切点线型。二切点线型也属于多切点线型,所谓多切点线型是指与肇端切点相邻的切点在时序上并不相邻,即对应肇端切点呈现第一个地位相邻的切点时,封头极孔上已有几个切点——初始切点。这类环绕纠缠纪律统称为多切点线型。根据初始前提的差别,多切点线型又分为二切点、三切点……n切点线型。对二切点线型来讲它是指与肇端切点地位相邻的切点在时序上与肇端切点地位相邻的切点在时序上与肇端切点间隔一个切点,即组成两切点线型。二切点线型图如图7-10。

因为在两切点的线型中,从肇端切点1起头环绕纠缠,芯模转过360°/2时,纤维环绕纠缠到切点2的地位,芯模再转过360°/2时,纤维才缠到与切点1地位相邻的切点3,并错过了一个微量Δθ,以是Δθ是转过了两个360°/2后错过的,是以每转过一个360°/2时就错过了Δθ/2。
(ⅲ)三切点线型。所谓三切点线型是指肇端切点地位相邻的切点,在时序上与肇端切点间隔两个切点、组成了三切点线型。三切点线型如图7-11所示。

从图中能够或许看出,与肇端切点1地位相邻的切点4,在时序上和切点1间隔两个切点——即切点2和切点3;一样事理,与切点2地位相邻的切点5在时序上与切点2间隔两个切点——切点3和切点4;与切点3地位相邻的切点6,在时序上与切点3间隔两个切点——切点4和切点5。以是三切点的线型在极孔圆周被3个初始切点平分。是以,纤维由肇端切点缠到时序相邻的切点2时,芯模最少要转过360°/3,或再加上360°的整数倍N,斟酌到纤维的错位还应引入微量Δθ1,以是三切点线型的环绕纠缠纪律为:

式中θn表此刻极孔圆周上由切点n起头,环绕纠缠到时序相邻的切点(n+1)时,芯模转过的中间角。
环绕纠缠用导丝头每颠末极孔一次,纤维在极孔上有一个切点,所用θn也表现,导丝头每来回一次,芯模转过的中间角。是以,上式是用“切点法”阐发环绕纠缠纪律的根基数学抒发式。但此体例也有不妥帖的地方。在后面的会商中,咱们现实上假定初始切点呈现的挨次为顺次呈现,对它们的摆列挨次不阐发。在现实环绕纠缠工艺中,除单切点线型和双切点线型不存在初始切点摆列外,三切点以上的线型还存在一个初始切点的摆列挨次题目。
公式中n表现线型的切点数,即极孔圆周上呈现第一个与肇端地位相邻的切点前,一切时序相邻切点数量。(n为1、2、3……)。N表现由初始切点n环绕纠缠到切点(n+1)时,芯模转过360°的整数倍,是包含零的正整数,即0、1、2……。
当n≥3时,即三切点以上的线型,在与初始切点地位相邻切点呈现之前,在极孔圆周上有3个以上的初始切点,这就存在一个初始切点前后的摆列挨次题目。
如前所述,三切点有两种摆列挨次,四切点有2种摆列挨次,而五切点有4种摆列挨次。是以,三切点线型有:

圆周摆列挨次差别,或说是导丝头来回活动一次时,芯模必须转过的中间角纪律的差别。此中K值为正整数,K=1、2、3……n-1。K值请求应使K/n为最简真分数。
综上所述,在一个完全轮回中,切点数差别,则纤维排布挨次和斑纹特点(穿插点数、交带、节点数等)差别,即线型差别,导丝头来回一次芯模转角差别;若是在一个完全轮回中,切点数不异而切点排布挨次差别,则纤维排布特点(线型)也差别,导丝头来回一次的芯模转角也差别。也便是说导丝头来回一次的芯模转角与环绕纠缠线型有着严酷的对应干系。是以,咱们导丝头来回一次的芯模转角


(2)转速比与线型的干系。线型与速比均属环绕纠缠纪律题目,线型是指纤维在芯模外表的排布纪律,而转速比是指芯模与导丝头绝对活动的纪律。它们是完全差别的两个观点。可是正如后面所述,差别的线型严酷对应着差别的转速比。以是咱们界说线型在数值上即是转速比,也便是说,速比的数值作为线型的“代号”,即:


工艺上为防止纤维滑线,凡是取负值。而现实计较时,i取至小数点4~6位。
C.线型设想
(1)不变环绕纠缠芯模转角的计较。对一个详细系体例件来讲,在原始的多少尺寸,容器任务压力及极孔等给定的前提下,若何从环绕纠缠工艺动身,完成产物的成型呢?这就请求环绕纠缠进程中,若何选定芯模的转角θn,因为它对应着牢固的线型和转速比。
咱们已晓得,差别的n、N、K对应着差别的θn,也便是说知足纤维有纪律平均充满芯模外表两前提的芯模转角θn有多少个。但对一个肯定产物,并非一切的θn都适合。若是按表7-1中任选一个θn,并斟酌到速比微调±Δθn停止环绕纠缠,固然也知足了平均充满的两个前提,但必然就能够到达平均充满的目标。因为纤维在容器外表及封头曲面上的地位不用然不变,有能够或许呈现纤维滑线的景象。从现实上讲,封头不滑线的须要前提便是使纤维位于封头曲面上的测地线上,因而,便发生了纤维环绕纠缠能有纪律地平均充满芯模外表的第三个前提——纤维地位不变的前提,这请求环绕纠缠在芯模外表上的每束纤维都是其响应曲面的测地线。上面,会商有封头的圆筒描写器的测地线的肯定的题目。
在筒身材肆意环绕纠缠角的螺旋线都是测地线;在封头处环绕纠缠则请求


(ii)β的求解。对封头曲面测地线环绕纠缠所对应的芯模转角的计较比拟庞杂。并且今朝环绕纠缠轨迹是类似于测地线的立体曲线。以是咱们凡是接纳立体假定法对封头局部芯模转角停止计较。

如图7-15所示,过纤维在赤道圆的两个交点(A、D)作一立体与极孔圆相切(切点为β),与封头曲面相截的交线(立体曲线ABC)即为纤维环绕纠缠轨迹。此立体称为截立体,与筒体轴线夹角为α0,封头环绕纠缠芯模的转角为

过D点作立体II平行立体BHC,与截立体的交线为DF。过D点作筒体的切立体I与截立体的交线为DE。立体I与II的交线为DG,过G点作立体与DG垂直,与立体I和II订交的交线别离为EG和FG,与截立体交线为EF。




由此可知,环绕纠缠完规范线时,穿插点数与芯模转数M有关。对单切点线型,穿插点数即是芯模转数减1,即xn-1=M-1。对多切点线型,环绕纠缠完规范线,导丝头要来回屡次、如许订交的次数就与导丝头来回次数(切点数)有关。比方,线型为3/2时,环绕纠缠完规范线,芯模转3圈,导丝头来回2次,穿插点共有4个,即穿插点数即是芯模转数减1的2倍,即xn-2=2(M-1),如图7-17所示。当线型为4/3时,环绕纠缠完规范线,芯模转4圈,导丝头来回3次,共有9个穿插点,即穿插点数即是芯模转数减1的3倍,即xn-3=3(M-1),如图7-18所示。其他以此类推,对n切点线型,穿插点数即是芯模转数减1乘切点数,xn=n(M-1)。

因为每股纤维都对应极孔圆周上一个切点,以是在交带截圆上的穿插点数即是切点数,故人带数为yn= M-1。
由此得出论断,不管甚么样的线型,交带数均为线型平分子数(即环绕纠缠完一个完全轮回的芯模转数)减1。穿插点数均为交带数与切点数的乘积。
(ii)穿插点及交带的散布纪律  从纤维的持续性可知,每股纤维都对应极孔圆周上的一个切点。同时环绕纠缠完规范线的切点平分极孔圆周。以是交带截圆上的穿插点平分该截面,即在交带截圆上两相邻穿插点间的芯模转角为360°/n。

三、环绕纠缠纪律的设想
后面已别离用规范线法、切点法一一阐发了环绕纠缠纪律。上面就现实出产中,若何挑选、设想停止会商。
1. 挑选环绕纠缠纪律的请求
(1)环绕纠缠角α请求与测地线环绕纠缠角四周,为更好的阐扬玻璃纤维的强度,环绕纠缠角α应近于55°。
(2)为防止极孔四周纤维的排挤,影响头部强度,所选环绕纠缠纪律在封头极孔处的订交次数不宜过量。
(3)头部包角β,应靠近于180°为好,普通选用β=160°~180°之间,不然会使纤维在头部引发打滑。
2. 挑选环绕纠缠纪律的步骤
(1)普通环境下,把筒身圆周分为4平分,即取n=4,若别离取K=1、2、3、4、5,则环绕纠缠纪律便有5品种型:
n=4,K=1;
n=4,K=2;
n=4,K=3;
n=4,K=4;
n=5,K=1;

3. 肯定环绕纠缠纪律及其他
(1)经以上计较,将上述5种线型算出的响应环绕纠缠参数列表。再根据环绕纠缠纪律的3个挑选准绳,连系现实任务经历停止阐发比拟,经挑选后,能够或许获得一个比拟公道的环绕纠缠纪律,这便是此产物的真正环绕纠缠线型。
(2)根据求出的速比i值,再斟酌环绕纠缠进程中必须的错纱,为环绕纠缠机的设想供给根据。
4. 举例
要缠制一内压容器,直径D=770mm,筒身材长L=2930mm,封头极孔直径d=385mm,封头高h=285mm,试选定环绕纠缠线型和转速比,并画出规范线睁开图。设定纱片宽b=5mm。
设想思绪以下:
起首计较出根据测地线轨迹环绕纠缠纤维,导丝头来回一次(即呈现与肇端切点时序相邻切点)时的芯模转角θn。根据这个速比环绕纠缠时,能够或许保障环绕纠缠到芯模外表的纤维不滑线(不变)。但还不知足有纪律平均充满芯模外表的前提,而知足这个前提的线型应为

按此式计较获得的线型表中的芯模转角都可知足平均充满的请求。但对某一详细产物来讲,并不是线型表中的全数芯模转角值都能知足纤维地位不变前提。若何处理这个抵触呢?起首求出测地线轨迹的芯模转角,而后再在线型表7-1中找一个与此值靠近的值作为计较数据。而后调剂容器的尺寸。用这个速比停止环绕纠缠,既能知足平均充满的前提,又能知足纤维地位不变的前提。
那末测地线环绕纠缠角若何求得呢?咱们晓得,对筒身材来讲,任何角度的螺旋线都是测地线,亦即都是不变的(现实上不用斟酌纤维在筒身环绕纠缠的不变题目)。抵触集合在封头曲面上,而封头曲面上的测地线方程为

 
 
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