發(fā)布時(shí)間：2020-06-12 08:10

【摘要】：三維編織預(yù)制件是采用三維編織工藝對性能較高的纖維進(jìn)行編織而得到的具有整體結(jié)構(gòu)的三維編織物。由于傳統(tǒng)的三維編織工藝都采取間歇步進(jìn)運(yùn)動(dòng)方式,導(dǎo)致預(yù)制件生產(chǎn)效率低和三維編織設(shè)備造價(jià)昂貴,預(yù)制件只能進(jìn)行小規(guī)模的生產(chǎn)而不能大批量的制造,限制了三維編織復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用。本文以T型截面三維編織物為研究對象,對三維編織工藝進(jìn)行研究,基于旋轉(zhuǎn)式三維編織原理,提出一種采用連續(xù)運(yùn)動(dòng)方式生產(chǎn)T型截面三維編織物的編織工藝,模擬其編織過程,建立編織物的結(jié)構(gòu)模型,研制相應(yīng)的編織設(shè)備并通過編織實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證編織工藝及織物模型的正確性。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)基于笛卡爾、旋轉(zhuǎn)式和六角形三種三維編織原理,設(shè)計(jì)T型截面三維編織物的四種編織工藝,并對四種編織工藝進(jìn)行研究。對基于旋轉(zhuǎn)式編織工藝生產(chǎn)T型截面三維編織物進(jìn)行進(jìn)一步研究,確定旋轉(zhuǎn)式三維編織原理,研究錠子連續(xù)運(yùn)動(dòng)方式、錠子移動(dòng)軌跡和錠子“10”排布規(guī)律,并給出葉輪排布方案以及編織物結(jié)構(gòu)增強(qiáng)方案。(2)構(gòu)建T型截面旋轉(zhuǎn)式編織工藝中葉輪排布方案的錠子移動(dòng)軌跡數(shù)學(xué)模型。根據(jù)數(shù)學(xué)模型,獲取紗線的空間坐標(biāo),運(yùn)用B-spline曲線對空間坐標(biāo)進(jìn)行擬合,得到三維編織物的結(jié)構(gòu)模型,并對模型進(jìn)行優(yōu)化,使之更加接近真實(shí)的編織物結(jié)構(gòu)。然后還對編織過程中的錠子運(yùn)動(dòng)、紗線交織運(yùn)動(dòng)和編織物牽引運(yùn)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。(3)對旋轉(zhuǎn)式編織設(shè)備的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究,提出三維編織設(shè)備的整體設(shè)計(jì)方案。以提高編織物結(jié)構(gòu)的性能和降低編織設(shè)備的成本為目的,對T型截面旋轉(zhuǎn)式編織工藝中的葉輪排布方案進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化后的葉輪排布方案,設(shè)計(jì)三維編織設(shè)備的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)。(4)研制三維編織設(shè)備一臺(tái),并在該設(shè)備上進(jìn)行編織實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證本文提出的三維編織工藝的可行性和編織過程動(dòng)態(tài)模擬的正確性。
【圖文】：

GE 公司用三維編織復(fù)合材料代替原來的合金材料制成了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件，發(fā)動(dòng)機(jī)不僅滿足了強(qiáng)度高和價(jià)格低的要求，而且重量減輕了 40%左右[1]。通過這三維編織復(fù)合材料的成功運(yùn)用，，三維編織工藝進(jìn)入了人們的視野，此后經(jīng)過大量究人員的研究，逐漸走進(jìn)了航天、汽車和醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域[2-4]。編織工藝最早起源于人們的手工勞動(dòng)，比如頭發(fā)打結(jié)和魚網(wǎng)編織等。編織物主分為二維編織物和三維編織物，關(guān)于編織物的分類定義有很多，Ko 給了一個(gè)廣的定義[5]：三維編織工藝是根據(jù)二維編織工藝發(fā)展而來的，三維編織物是由三個(gè)者三個(gè)以上的紗線組（紗線層）交織成的編織物，每一個(gè)紗線組與編織物成型的向有一定的傾斜角度。二維編織物和三維編織物的結(jié)構(gòu)分別如圖 1-1（a）和（b）示[6]。圖 1-1（a）中的編織物為二維編織物，該編織物結(jié)構(gòu)中有三個(gè)紗線組，但只有兩個(gè)紗線組與編織物成型方向有一定的傾斜角度，還有一個(gè)紗線組與編織成型方向相同，他們之間的夾角為0 。與編織物成型方向夾角為0 的紗線組主起增強(qiáng)編織物結(jié)構(gòu)的作用。圖 1-1（b）中的編織物為三維編織物，該編織物結(jié)構(gòu)有六十四個(gè)紗線組，與編織物成型方向有一定的傾斜角度的紗線組超過三個(gè)。

（a）矩形三維編織設(shè)備 （b）圓形三維編織設(shè)備圖 1-2 Florentine 設(shè)計(jì)的兩種編織設(shè)備own[13]在 1998 年，提出了一種編織圓形截面三維編織物的圓形三維編，這種三維編織物具有筒壁的厚度。Lee[14]根據(jù) Brown 提出的理念設(shè)計(jì)形三維編織設(shè)備，用來編織圓形三維編織物，如圖 1-3（a）所示。Wa 年設(shè)計(jì)了一臺(tái)臥室圓形三維編織設(shè)備，攜紗器的底座沿著圓周方向依環(huán)上，圓環(huán)按照預(yù)定的方向做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，攜紗器的底座沿著徑向方向移3（b）所示。Mamel 在 2015 年設(shè)計(jì)了一臺(tái)立式圓形三維編織設(shè)備，如c）所示。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TS105

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本文編號：2709252