论文摘要
本文提出了适于快捷生产、低成本加工、厚壁圆柱壳体制件成型的“干纱缠绕圆柱壳体预成型技术”，并对这一工艺进行了较为全面和系统的分析研究。干纱缠绕圆柱壳体预成型技术是基于传统螺旋缠绕工艺，省去了浸胶(和烘干)工序，仅以干纱或干纱过水的方式直接进行圆柱壳体制件的预成型的新探索。在干纱缠绕圆柱壳体预成型的测试试验基础上，分析和总结了干纱缠绕预成型可能出现的问题，分析和论述了干纱缠绕圆柱壳体预成型的可行性和必要性。基于干纱缠绕中稳定性不良的首要问题，本文建立了空间构架的力学分析模型，结合微积分和微分几何学理论，分析了干纱缠绕圆柱壳体过程中纱线在其空间各平面的受力情况，推导了干纱缠绕的平衡条件。在稳定性研究中，分析了传统缠绕中的层间不稳定因素，即“内松外紧”情况，并在两个不同模型下推导了缠绕张力优化方案。在考虑纱层间压应力的“纱层压力模型”下，推导出了适于配置张力实时控制设备情况下的缠绕张力递减公式，以实现各纱层的等应力状态。在考虑缠绕半径增大的“缠绕半径增大模型”下，推导和证明了纱线缠绕张力的变化趋势，推导出了适于厚壁制件缠绕的调速张力控制公式，实现了以主轴调速来间接控制张力的方法，从而实现各纱层纱线的等应力状态。本文基于经典连续缠绕的区段划分思想，确立了干纱缠绕工艺的三区段划分原则，并推导出几种不同折回曲线的三区段长度和落纱点与导纱点动程差的计算公式。借鉴传统缠绕线型分析的“切点法”和“标准线法”，在三区段划分原则下，提出了适于干纱缠绕圆柱壳体预成型技术的“全程线同侧切点分析法”，并按此方法导出了线型规律的算法。最后基于已推导的公式和算法，开发了用于干纱缠绕圆柱壳体的计算机辅助设计系统软件。软件功能包括稳定性分析、参数计算、工艺设计、二维工艺图输出和三维仿真模拟加工等。有效减少人为主观估算和处理，降低劳动强度。通过优化工艺设计，从而实现缩短生产周期，节约生产成本和提高加工生产效率的目的。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 圆柱壳体预成型技术的研究现状1.2 缠绕工艺简介1.3 目前存在的问题1.4 本课题研究的主要内容1.5 本课题的主要创新点第二章 干纱缠绕圆柱壳体的初步分析与试验2.1 干纱缠绕圆柱壳体的初步分析2.1.1 工艺方法概述2.1.2 可行性研究2.2 干纱缠绕圆柱壳体的加工测试试验2.2.1 试验方案和测试条件2.2.2 加工测试结果与分析第三章 干纱缠绕圆柱壳体的稳定性研究3.1 整体稳定性分析3.1.1 空间整体构架力学模型3.1.2 切平面平衡条件3.1.3 法平面平衡条件3.1.4 小结3.2 端部稳定性分析3.2.1 端部折回曲线3.2.2 端部纱线的平衡条件3.3 干纱缠绕的缠绕张力研究3.3.1 传统工艺中的缠绕张力3.3.1.1 缠绕张力的大小3.3.1.2 缠绕张力的均衡性3.3.2 “纱层压力模型”下的缠绕张力研究3.3.2.1 缠绕张力均衡性分析3.3.2.2 无内衬缠绕张力分析3.3.2.3 有内衬缠绕张力分析3.3.2.4 小结3.3.3 “缠绕半径增大模型”下的缠绕张力研究3.3.3.1 张力变化趋势分析3.3.3.2 张力控制公式推导3.3.3.3 小结第四章 干纱缠绕圆柱壳体的工艺研究4.1 缠绕分段分析4.1.1 干纱缠绕圆柱壳体区段划分4.1.2 不同端部折回曲线的区段划分4.1.3 干纱缠绕圆柱壳体工艺的端部区段分析4.2 干纱缠绕圆柱壳体的线型规律4.2.1 总体线型分析4.2.2 缠绕中心角分析4.2.2.1 概念定义4.2.2.2 全程线同侧切点分析法4.2.2.3 缠绕中心角计算4.2.3 线型研究4.3 干纱缠绕圆柱壳体的主要工艺参数4.3.1 主要工艺参数总结4.3.2 参数的修正与优化4.3.3 工艺概念的确认第五章 干纱缠绕圆柱壳体计算机辅助设计系统的开发5.1 系统分析与初步设计5.1.1 需求分析与可行性研究5.1.2 开发工具与运行环境5.1.3 系统总体设计5.2 稳定性分析功能5.3 参数计算功能5.4 工艺设计功能5.5 基于OpenGL的三维仿真加工模拟模块5.5.1 基本原理5.5.2 开发方法5.5.3 功能实现5.6 CAD数据操作和CAM接口功能5.6.1 CAD数据操作5.6.2 CAM接口功能5.7 其它辅助性功能7.7.1 加工记录7.7.2 辅助工具7.7.3 系统帮助5.8 小结5.8.1 后期制作5.8.2 开发总结5.8.3 开发中的不足与展望第六章 结束语6.1 结论与验证6.2 展望参考文献发表论文和参加科研情况说明附录一附录二附录三致谢
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