当前课程知识点：复合材料设计与成型 >  7 缠绕成型工艺 >  7.2 缠绕线型规律 >  7.2.1 视频单元

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7.2.1 视频单元在线视频

下一节:7.3.1 视频单元

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7.2.1 视频单元课程教案、知识点、字幕

这一节，我们学习，缠绕线型规律

为了得到性能优异的复合材料制品

如右图

缠绕时必须要保证“三不”原则

一是不打滑

缠绕纤维在芯模表面位置稳定、不打滑，即稳定性

二是不重叠

缠绕纤维在芯模表面均匀排布、不重叠，即规律性

三是不离缝

缠绕纤维在芯模表面完全排满、不离缝，即完整性

这些是要求

问题是如何保证纤维稳定、规律和完整地缠满芯模

方法是按一定的规律缠绕

什么规律呢

缠绕规律

所以，我们首先需要了解什么是缠绕规律

如右图

缠绕机能动的两个部件，分别是芯模和导丝头

因此，缠绕规律指的是导丝头与芯模之间相对运动的规律

为了保证纤维稳定、规律和完整地缠满芯模

我们需要研究缠绕规律

目的是设计满足“三性”的缠绕规律

即稳定性，规律性，完整性

以确保缠绕纤维纱线不打滑、不重叠、不离缝

其中

保证稳定性，通常有两种方式

测地线缠绕和非测地线缠绕

测地线缠绕：纤维纱线沿可自然稳定

因为测地线是曲面上的最短程线

纱线滑动需要额外的滑动力

而非测地线缠绕：主要依靠纤维纱线与芯模之间的静摩擦力来维持稳定

这是稳定性

而规律性和完整性与缠绕线型密切相关

因此，需要研究缠绕线型

缠绕线型主要有三种

环向缠绕、平面缠绕和螺旋缠绕

其中，环向缠绕的内涵是

芯模，绕芯模轴线自转

导丝头，在筒身段作、平行于芯模轴线的定向运动

规律是芯模自转一周

导丝头向前移动一个纱片宽度

特点是只能缠绕直筒段

缠绕时，纤维纱线与芯模轴线之间的夹角

称为缠绕角

用阿尔法表示

连续两根纤维纱线之间的距离，称为螺距，用W表示

直筒段典型的圆柱面的缠绕

任意缠绕角缠绕都是测地线缠绕，可自然稳定

因此，对于环向缠绕，任意缠绕角缠绕均可自然稳定

不同缠绕角的测地线变化如右图所示

稳定性解决了

接下来看规律性和完整性

右图是筒身段缠绕的展开图

图中D是筒身直径

L是筒身长度，b是纤维纱片宽度

要满足规律性和完整性的要求

芯模自转一周

连续两根纤维纱片要紧密排列

此时，螺距W、筒身周长与缠绕角的几何关系满足余切三角关系

如式7.1

同时

纱片宽度与螺距、缠绕角的几何关系遵循正弦三角关系

如式7.2

把7.1的螺距代入7.2

便可得到纱片宽度、筒身直径和缠绕角的三角余弦关系

只要按此几何关系进行设计

环向缠绕线型能同时满足稳定性、规律性和完整性的要求

平面缠绕，内涵是芯模，自转

导丝头，在固定平面内做匀速圆周运动

规律是导丝头转一周

芯模转动一个微小角度

反映在芯模表面上则是纤维纱线向前移动近似一个纱片宽度

平面缠绕又称为纵向缠绕

特点是导丝头类似于机器人手臂

纤维纱片与极孔相切

平面缠绕的稳定性

筒身段任意缠绕角缠绕都是测地线缠绕，可自然稳定

而封头段

纤维纱片与极孔相切，通过相切支撑保持稳定

规律性和完整性

要满足这两性要求

纤维纱片与封头相切

缠绕角与极孔半径、封头高度首先要满足7.3所示的正切几何关系

7.3式中，极孔半径、筒身长度和封头高度都是芯模的几何尺寸参数

可以直接测量得到或者自行设计

由此，可以计算出对应的缠绕角

阿尔法

有了缠绕角

还需要设定合适的转速比

转速比指的是单位时间内

芯模旋转周数与导丝头绕芯模旋转的圈数之比

假设导丝头绕芯模旋转一圈，芯模转过的角度

芯模转角为德尔塔θ，除以360度就是芯模旋转的周数

我们反向推导，芯模转角为德尔塔θ

等于纱片所占弧长S与筒身周长之比，再乘以360度

而纱片所占弧长S，规律性和完整性缠绕时

与纤维纱片宽度b和缠绕角成余弦几何关系

由此，便可得到平面缠绕合适的转速比

如方程7.4的第二个等式

螺旋缠绕的内涵是：芯模，自转；导丝头

按特定速度沿芯模轴线方向往复运动

纤维的轨迹

由圆筒上的螺旋线和封头上与极孔相切的空间曲线组成

因此，特点是既可缠绕圆筒段，又可缠绕封头段

螺旋缠绕

相对来说比较复杂，要分析螺旋缠绕的线型规律

我们需要先了解几个概念

第一个，一个完整循环

螺旋缠绕时

由导丝头引入的纤维自芯模上某点开始

导丝头经过若干次往返运动后，又缠回到原来的起始点上

这样的一次布线称为标准线

而完成一个标准线缠绕称为一个完整循环

一个完整循环有n个切点

则意味着导丝头往返n次

这里切点是指纤维纱线与极孔的切点

一个完整循环导丝头往返1次

对应的芯模转角为𝜽n

芯模上错开一个纤维纱片对应的芯模转角为∆𝜽

这里的芯模转角指的是芯模转过的角度

螺旋缠绕

要满足规律性和完整性要求，必须同时满足两个条件

一是完成一个完整循环的诸切点要等分芯模转过的角度

也就是诸切点要均匀分布在极孔圆周上

因此，3切点时，有两种分布方式

4个切点时，也有两种分布

5个切点时，则有四种分布

第二个条件是

前一个完整循环与相续的后一个完整循环所对应的纱片

在筒身段错开的距离要刚好等于一个纱片宽度

这两个要求，可以用芯模转角来表示

需要注意的是

在一个完整循环中，切点数不同，纤维缠绕的线型不同

导丝头往返一次的芯模转角不同

若在一个完整循环中，切点数相同而切点排布顺序不同

则线型也不相同，导丝头往返一次的芯模转角也不同

换句话说就是，芯模转角严格对应着缠绕线型

但线型与排布顺序有关

要满足纤维缠绕均匀布满芯模表面的两个条件

则导丝头往返一次的芯模转角θn

要满足方程7.5式

对于n切点的缠绕，导丝头往返一次

芯模转角为360度或者是360度的整数倍

再加上导丝头往返n次纤维纱片

在芯模上错开的角度德尔塔

根据7.5式

可以保证螺旋缠绕的规律性和完整性

而稳定性又该如何保证呢

稳定性

螺旋缠绕分筒身段缠绕和封头段缠绕

筒身段任意缠绕角的螺旋线都是测地线，可自然稳定

因此，只要封头段的缠绕角满足测地线要求

封头和筒身段都是测地线缠绕，则可自然稳定

而封头曲面，测地线方程遵循微分几何的克列洛定理

缠绕角与极孔直径、筒身直径成正弦三角关系

只要知道或者设计极孔直径和筒身直径

就可以计算出封头段测地线缠绕的缠绕角

满足稳定性的要求

这就是螺旋缠绕，稳定、规律和完整缠绕的条件

复合材料设计与成型课程列表：

上篇 基础--复合材料的概念与原理 1 引言

-1.1 课程简介及复合材料定义

--1.1.1 视频单元

--1.1.2 作业

--1.1.3讨论

-1.2 复合材料的命名与分类

--1.2.1 视频单元

--1.2.2 作业

-1.3 复合材料的特点

--1.3.1 视频单元

--1.3.2 作业

-1.4 复合材料的应用

--1.4.1 视频单元

--1.4.2 作业

--1.4.3 讨论题

--1 引言 课件

2 复合原理及界面

-2.1 颗粒增强原理

--2.1.1 视频单元

--2.1.2 作业

-2.2 短纤维增强原理

--2.2.1 视频单元

--2.2.2 作业

-2.3 界面效应

--2.3.1 视频单元

--2.3.2 作业

-2.4 复合材料界面

--2.4.1 视频单元

--2.4.2 作业

-2.5 复合材料界面表征与分析

--2.5.1 视频单元

--2.5.2 作业

-2 复合原理及界面 课件

3 增强材料

-3.1 增强材料概述

--3.1.1 视频单元

--3.1.2 作业

-3.2 玻璃纤维概述、生产工艺、成分与结构

--3.2.1 视频单元

--3.2.2 作业

-3.3 玻璃纤维的性能、制品与规格

--3.3.1 视频单元

--3.3.2 作业

-3.4 碳纤维概述

--3.4.1 视频单元

--3.4.2 作业

-3.5 碳纤维的制备工艺

--3.5.1 视频单元

--3.5.2 作业

-3.6 碳纤维的结构、性能、制品与规格

--3.6.1 视频单元

--3.6.2 作业

-3.7 芳纶纤维

--3.7.1 视频单元

--3.7.2 作业

-3 增强材料 课件

4 聚合物基复合材料

-4.1 聚合物概述

--4.1.1 视频单元

--4.1.2 作业

-4.2 聚酯概述、化学结构、合成与交联

--4.2.1 视频单元

--4.2.2 作业

-4.3 聚酯的性能与应用

--4.3.1 视频单元

--4.3.2 作业

-4.4 环氧树脂概述、化学结构、合成与表征

--4.4.1 视频单元

--4.4.2 作业

-4.5 环氧树脂的交联、性能与应用

--4.5.1 视频单元

--4.5.2 作业

-4.6 酚醛树脂及其他热固性树脂

--4.6.1 视频单元

--4.6.2 作业

-4.7 热塑性树脂及聚合物基复合材料的应用

--4.7.1 视频单元

--4.7.2 作业

-4 聚合物基复合材料 课件

5 陶瓷基复合材料

-5.1 陶瓷及陶瓷基复合材料概述

--5.1.1 视频单元

--5.1.2 作业

-5.2 陶瓷基复合材料成型工艺

--5.2.1 视频单元

--5.2.2 作业

-5.3 陶瓷基复合材料的界面及强韧化

--5.3.1 视频单元

--5.3.2 作业

-5.4 碳碳复合材料及陶瓷基复合材料的应用

--5.4.1 视频单元

--5.4.2 作业

-5 陶瓷基复合材料 课件

6 金属基复合材料

-6.1 金属基体

--6.1.1 视频单元

--6.1.2 作业

-6.2 金属基复合材料成型工艺

--6.2.1 视频单元

--6.2.2 作业

-6.3 金属基复合材料的界面

--6.3.1 视频单元

--6.3.2 作业

-6.4 金属基复合材料的性能与应用

--6.4.1 视频单元

--6.4.2 作业

-6 金属基复合材料 课件

中篇 理论--复合材料结构设计原理 1 引言

-1.1 视频单元

-1.2 作业

-1 引言 课件

2 应力-应变关系

-2.1 应力与应变

--2.1.1 视频单元

--2.1.2 作业

-2.2 广义胡克定律

--2.2.1 视频单元

--2.2.2 作业

-2.3 工程常数、平面应力状态、应力应变转换

--2.3.1 视频单元

--2.3.2 作业

-2 应力-应变关系 课件

3 单向板的刚度

-3.1 单向板的正轴刚度、刚度柔度变换

--3.1.1 视频单元

--3.1.2 作业

-3.2 倍角变换、偏轴工程常数

--3.2.1 视频单元

--3.2.2 作业

-3 单向板的刚度 课件

4 层合板的刚度

-4.1 层合板的代号、面内刚度

--4.1.1 视频单元

--4.1.2 作业

-4.2 典型层合板的面内刚度

--4.2.1 视频单元

--4.2.2 作业

-4.3 层合板的弯曲刚度

--4.3.1 视频单元

--4.3.2 作业

-4.4 单向层合板、对称层合板及夹芯结构的弯曲刚度

--4.4.1 视频单元

--4.4.2 作业

-4 层合板的刚度 课件

5 层合板的强度

-5.1 最大应力与最大应变准则

--5.1.1 视频单元

--5.1.2 作业

-5.2 蔡-希尔、蔡-吴强度准则

--5.2.1 视频单元

--5.2.2 作业

-5.3 层合板的强度分析

--5.3.1 视频单元

--5.3.2 作业

-5.4 层合板的极限强度

--5.4.1 视频单元

--5.4.2 作业

-5 层合板的强度 课件

6 复合材料细观力学

-6.1 细观力学引言、平均性质

--6.1.1 视频单元

--6.1.2 作业

-6.2 单向板的工程常数

--6.2.1 视频单元

--6.2.2 作业

-6.3 单向板的强度

--6.3.1 视频单元

--6.3.2 作业

-6.4 热膨胀与湿溶胀系数

--6.4.1 视频单元

--6.4.2 作业

-6.5 层合板的残余应力

--6.5.1 视频单元

--6.5.2 作业

-6 复合材料细观力学 课件

7 复合材料一维受力构件分析

-7.1 复合材料结构控制方程

--7.1.1 视频单元

--7.1.2 作业

-7.2 简单构型复合材料一维受力构件的力学分析

--7.2.1 视频单元

--7.2.2 作业

-7 复合材料一维受力构件分析 课件

8 复合材料梁

-8.1 复合材料层合梁

--8.1.1 视频单元

--8.1.2 作业

-8.2 复合材料板梁

--8.2.1 视频单元

--8.2.2 作业

-8.3 复合材料薄壁梁

--8.3.1 视频单元

--8.3.2 作业

-8 复合材料梁 课件

下篇 应用--复合材料成型工艺 1 引言

-1.1 绪论

--1.1.1 视频单元

--1.1.2 作业

--1.1.3 讨论

-1 引言 课件

2 手糊成型工艺

-2.1 手糊基本原理

--2.1.1 视频单元

--2.1.2 作业

-2.2 树脂对纤维的润湿（上）

--2.2.1 视频单元

--2.2.2 作业

-2.3 树脂对纤维的润湿（下）

--2.3.1 视频单元

--2.3.2 作业

-2.4 手糊技术进展和典型应用

--2.4.1 视频单元

--2.4.2 作业

-2 手糊成型工艺 课件

3 树脂传递模塑工艺

-3.1 RTM基本原理

--3.1.1 视频单元

--3.1.2 作业

-3.2 树脂渗流规律

--3.2.1 视频单元

--3.2.2 作业

-3.3 树脂流动模拟分析

--3.3.1 视频单元

--3.3.2 作业

-3.4 RTM技术发展和典型应用

--3.4.1 视频单元

--3.4.2 作业

-3 树脂传递模塑工艺 课件

4 树脂膜熔融浸渍工艺

-4.1 RFI基本原理

--4.1.1 视频单元

--4.1.2 作业

-4.2 RFI树脂膜体系

--4.2.1 视频单元

--4.2.2 作业

-4.3 树脂固化制度的确定和RFI典型应用

--4.3.1 视频单元

--4.3.2 作业

-4 树脂膜熔融浸渍工艺 课件

5 真空导入模塑工艺

-5.1 VIMP基本原理

--5.1.1 视频单元

--5.1.2 作业

-5.2 树脂的粘度特性

--5.2.1 视频单元

--5.2.2 作业

-5.3 纤维预成型体的渗透特性和VIMP典型应用

--5.3.1 视频单元

--5.3.2 作业

-5 真空导入工艺 课件

6 拉挤成型工艺

-6.1 拉挤基本原理

--6.1.1 视频单元

--6.1.2 作业

-6.2 拉挤内脱模剂

--6.2.1 视频单元

--6.2.2 作业

-6.3 拉挤技术发展和典型应用

--6.3.1 视频单元

--6.3.2 作业

-6 拉挤成型工艺 课件

7 缠绕成型工艺

-7.1 缠绕基本原理

--7.1.1 视频单元

--7.1.2 作业

-7.2 缠绕线型规律

--7.2.1 视频单元

--7.2.2 作业

-7.3 缠绕工艺参数、技术发展和典型应用

--7.3.1 视频单元

--7.3.2 作业

-7 缠绕成型工艺 课件

8 模压成型工艺

-8.1 模压基本原理和模压料工艺性

--8.1.1 视频单元

--8.1.2 作业

-8.2 SMC片状模塑料

--8.2.1 视频单元

--8.2.2 作业

-8.3 模压关键工艺参数和典型应用

--8.3.1 视频单元

--8.3.2 作业

-8 模压成型工艺 课件

9 有机先驱体转化法

-9.1 概述

--9.1.1 视频单元

--9.1.2 作业

-9.2 PIP基本原理

--9.2.1 视频单元

--9.2.2 作业

-9.3 PIP关键步骤

--9.3.1 视频单元

--9.3.2 作业

-9.4 致密化和典型应用

--9.4.1 视频单元

--9.4.2 作业

-9 先驱体转化法 课件

考试

-课程考试

7.2.1 视频单元笔记与讨论

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