整體穿刺成型三維織物是由碳纖維布平面方向均勻鋪設層疊增強,垂直方向由連續(xù)碳纖維縫合而成的三維立體織物。該織物具有良好的整體結構和較高的碳纖維體積含量,是制作高性能結構材料和熱防護材料的優(yōu)良基材,目前成功用于固體火箭發(fā)動機噴管、喉襯、燃燒室,運載火箭固體助推器等。由于碳纖維立體織物成型工藝復雜,技術難度高,目前我國整體穿刺成型碳纖維立體織物織造設備以半機械、半自動化的裝備為主,有的甚至是手工操作。本文在國內外碳纖維立體織物成型裝備研究現(xiàn)狀分析基礎上,研制鋼針置換及纖維鎖扣裝置樣機。主要研究內容如下:根據(jù)傳統(tǒng)鋼針置換及纖維鎖扣工藝進行方案設計,通過方案對比確定該裝置主要包括Y/Z向移動工作臺,夾針機構,送線機構,纖維鎖扣機構和張力控制機構。對確定方案進行詳細設計,通過理論分析確定零部件尺寸,對零部件選型、校核,利用Pro/E軟件建立虛擬樣機。針對鋼針置換和纖維鎖扣過程中傳統(tǒng)鋼針夾持器不能滿足夾持等距密排Z向鋼針的需求,進行專用夾持器設計,對該夾持器進行工作過程分析、理論分析和ANSYS仿真分析并對工作情況進行實驗驗證。針對纖維鎖扣過程中容易出現(xiàn)跳針、浮線等問題,基于鏈式縫合原理研究該過程中理想線環(huán)形態(tài)及成型機理,采用多體系統(tǒng)理論穩(wěn)態(tài)線環(huán)力學行為分析方法,確定形成理想線環(huán)所需縫合線長度,以提高縫合的可靠性,利用MATLAB軟件求解與Adams軟件仿真分析并進行實驗研究。針對縫合過程中線跡成型復雜,折彎多,紗線易在針孔處斷紗問題,計算單個周期內的需供線量、分析紗線受力,建立非連續(xù)供給紗線模型,利用MATLAB軟件Simulink仿真平臺,采用模糊PID控制算法控制紗線張力,為實際工作提供理論依據(jù)。對鋼針置換及纖維鎖扣裝置進行控制系統(tǒng)設計和電氣原理圖繪制。根據(jù)裝配圖和電路圖進行施工,搭建實驗平臺。對已裝配樣機進行調試和織物試織。
【學位單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TS103
【部分圖文】：

（ａ）單根鋼針邐（ｂ）邋Ｚ向陣列鋼針邋（ｃ）織物整體穿刺邋（ｄ）織物加壓密實逡逑圖１－２立體織物整體穿刺工藝示意圖逡逑由圖１－２可知，多根鋼針按照一定的規(guī)則形狀陣列形成Ｚ向陣列鋼針，將疊逡逑層平面織物一次穿刺到陣列鋼針上，并進行加壓密實，形成含有Ｚ向鋼針的立體逡逑織物。穿刺完成后卸掉工裝模板，將含Ｚ向鋼針的立體織物平臥，用連續(xù)碳纖維逡逑逐根取代含有Ｚ向鋼針立體織物的鋼針并進行纖維鎖扣，縫合路徑為“Ｓ”型，逡逑待鋼針完全被置換，完成成型過程。鋼針置換及纖維鎖扣工藝如圖１－３所示。逡逑ｉ邋｜邋ｉｌｌ邋Ｈｉ逡逑（ａ）穿刺立體織物邋（ｂ）鋼針置換及纖維鎖扣邋（ｃ）整體穿刺織物逡逑圖１－３鋼針置換及纖維鎖扣工藝示意圖逡逑１．４碳纖維立體織物成型裝備國內外研究現(xiàn)狀逡逑１．４．１國外研究現(xiàn)狀逡逑碳纖維立體織物具有其特殊的立體結構，以碳纖維立體織物作為增強體制成逡逑的復合材料的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的平面結構復合材料，這是近年來碳纖維立體織物迅逡逑速發(fā)展的主要原因之一［１３］。逡逑三維立體編織技術最先在國外被應用于制作高性能復合材料，增強原本材料逡逑性能

Ｉ邋Ｉ邋｜Ｍ邐ｍｒ逡逑（ａ）單根鋼針邐（ｂ）邋Ｚ向陣列鋼針邋（ｃ）織物整體穿刺邋（ｄ）織物加壓密實逡逑圖１－２立體織物整體穿刺工藝示意圖逡逑由圖１－２可知，多根鋼針按照一定的規(guī)則形狀陣列形成Ｚ向陣列鋼針，將疊逡逑層平面織物一次穿刺到陣列鋼針上，并進行加壓密實，形成含有Ｚ向鋼針的立體逡逑織物。穿刺完成后卸掉工裝模板，將含Ｚ向鋼針的立體織物平臥，用連續(xù)碳纖維逡逑逐根取代含有Ｚ向鋼針立體織物的鋼針并進行纖維鎖扣，縫合路徑為“Ｓ”型，逡逑待鋼針完全被置換，完成成型過程。鋼針置換及纖維鎖扣工藝如圖１－３所示。逡逑ｉ邋｜邋ｉｌｌ邋Ｈｉ逡逑（ａ）穿刺立體織物邋（ｂ）鋼針置換及纖維鎖扣邋（ｃ）整體穿刺織物逡逑圖１－３鋼針置換及纖維鎖扣工藝示意圖逡逑１．４碳纖維立體織物成型裝備國內外研究現(xiàn)狀逡逑１．４．１國外研究現(xiàn)狀逡逑碳纖維立體織物具有其特殊的立體結構，以碳纖維立體織物作為增強體制成逡逑的復合材料的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的平面結構復合材料，這是近年來碳纖維立體織物迅逡逑速發(fā)展的主要原因之一［１３］。逡逑三維立體編織技術最先在國外被應用于制作高性能復合材料

洲動力公司也發(fā)明了類似的編織機。在２０世紀８０年代初，美國Ｇｕｍａｇｎａ公司逡逑發(fā)明了磁編技術，從那時起三維編織技術迅速發(fā)展，美國宇航局根據(jù)三維編織技逡逑術所研制的四縫合頭編織機如圖１－４所示。逡逑圖１－４四縫合頭編織機逡逑２０世紀８０年代中期，美國Ｒｏｂｅｒｔ邋Ｗ．ｋｉｎｇ提出了碳纖維立體織物整體穿刺成逡逑型工藝［１６］，例如美國民兵ＭＸ導彈的彈頭耐熱材料和美國軍標ＭＩＬ－Ｐ－８７１２３端逡逑頭帽為Ｚ向纖維增強的穿刺織物［１７］。該整體穿刺設備的工裝示意圖如圖１－５所示，逡逑工藝指出將７方寸的碳纖維布層疊鋪放在陣列鋼針之上，陣列鋼針由工裝束縛，逡逑由加壓裝置對碳布進行整體穿刺、加壓密實，待達到指定高度，將含有鋼針的穿逡逑刺織物轉移到另一個裝置上，用碳纖維或碳纖維棒逐根取代鋼針，形成結構緊密逡逑的碳纖維整體穿刺立體織物。逡逑圖１－５整體穿刺設備工裝示意圖逡逑在２０世紀８０年代中期，美國Ａｒｔｈｕｒｓ邋ｔａｖｅｒｎ改進并優(yōu)化了立體織物整體穿逡逑４逡逑

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本文編號：2811727