多轴向经编复合材料预制件的几何模型

论文摘要

随着科技的进步和新材料的开发,纺织复合材料的应用层出不穷。作为纺织增强材料的一个重要分支,多轴向经编复合材料预制件以其优良的机械力学性能以及相对简单的工艺流程,已成为一种较为理想的预设计增强材料,由它制成的复合材料广泛应用于航空航天、风力发电叶片、交通运输、建筑等领域,具有广阔的发展前景。鉴于多轴向经编复合材料的广泛应用,深入研究其预制件的细观结构显得尤为重要。然而,到目前为止,国内外的研究大都是基于当时的多轴向经编技术水平,未能真实反映现代带有短切毡的多轴向经编复合材料预制件的几何结构特征,并不能在真正意义上用于指导多轴向经编增强材料的设计与实际生产。为此,本课题的主要目的在于通过对现代多轴向经编复合材料预制件的几何结构进行深入研究,建立能反映带有短切毡的新型多轴向经编复合材料预制件几何结构的三维实体模型,进而开发出相应的计算机辅助设计系统,实现预制件几何模型的三维仿真。同时,根据所建模型,建立预制件纤维体积分数计算公式,将理论值与实测值进行比较来验证所建模型的正确性。本文首先从多轴向经编复合材料预制件的生产设备、常用原料、编织原理等方面进行了研究,在此基础上分析了现代多轴向经编复合材料预制件的结构特征,探讨了该类预制件的优异性能及其广阔的应用前景。随后,论文通过合理假设,采用NURBS曲线和曲面原理建立了能反映预制件成圈纱、增强衬纱和短切毡几何结构的三维实体模型,同时采用VC++.NET语言和OpenGL图形库联合开发了多轴向经编复合材料预制件的三维仿真系统,实现了对该类预制件的三维仿真。最后,论文利用所建模型,从细观几何角度出发,选取预制件几何单胞,分析几何结构特征参数和加工工艺参数之间的关系,得出多轴向经编复合材料预制件理论纤维体积分数公式。以不同规格的预制件为样品,借助开发的多轴向经编CAD系统快速实现对纤维体积分数理论值的计算。将理论值与实测值进行比较,结果表明,两者吻合良好,证明该模型是有效的。对理论值和实测值产生误差的原因进行分析,主要是由于模型假设的理想化以及复合成形后制品上存在树脂聚集区等因素引起的。本课题的研究对预测多轴向经编复合材料预制件的渗透性、导流性以及提高预制件的设计速度,缩短产品开发周期具有重大意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内现状
• 1.2.2 国外现状
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第二章 多轴向经编复合材料预制件的编织工艺与结构特征
• 2.1 多轴向经编复合材料预制件的编织工艺
• 2.1.1 生产设备
• 2.1.2 常用原料
• 2.1.3 编织原理
• 2.2 多轴向经编复合材料预制件的结构与性能
• 2.2.1 结构特征
• 2.2.2 性能与应用
• 2.3 本章小结
• 第三章 多轴向经编复合材料预制件的几何建模
• 3.1 NURBS 原理简介
• 3.1.1 NURBS 曲线
• 3.1.2 NURBS 曲面
• 3.2 预制件的几何假设
• 3.3 预制件三维实体模型
• 3.3.1 成圈纱线圈三维实体模型
• 3.3.2 增强衬纱三维实体模型
• 3.3.3 短切毡三维实体模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 多轴向经编复合材料预制件几何模型的三维仿真
• 4.1 OpenGL 原理简介
• 4.2 VC++.NET 与OpenGL 结合
• 4.3 预制件几何模型的三维仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 多轴向经编复合材料预制件几何模型的实验验证
• 5.1 预制件尺寸
• 5.1.1 单胞尺寸
• 5.1.2 成圈纱尺寸
• 5.1.3 增强衬纱尺寸
• 5.1.4 短切毡尺寸
• 5.2 理论纤维体积分数的计算
• 5.3 实际纤维体积分数的测定
• 5.3.1 测量方法
• 5.3.2 复合成形实验
• 5.3.3 纤维体积分数计算
• 5.4 理论值和实测值对比分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 课题总结
• 6.2 课题不足与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文