【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運動方式,導(dǎo)致預(yù)制件生產(chǎn)效率低和三維編織設(shè)備造價昂貴,預(yù)制件只能進行小規(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)運動方式生產(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)備并通過編織實驗驗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行進一步研究,確定旋轉(zhuǎn)式三維編織原理,研究錠子連續(xù)運動方式、錠子移動軌跡和錠子“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),運用B-spline曲線對空間坐標(biāo)進行擬合,得到三維編織物的結(jié)構(gòu)模型,并對模型進行優(yōu)化,使之更加接近真實的編織物結(jié)構(gòu)。然后還對編織過程中的錠子運動、紗線交織運動和編織物牽引運動進行動態(tài)模擬。(3)對旋轉(zhuǎn)式編織設(shè)備的結(jié)構(gòu)和傳動系統(tǒng)進行研究,提出三維編織設(shè)備的整體設(shè)計方案。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行優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化后的葉輪排布方案,設(shè)計三維編織設(shè)備的結(jié)構(gòu)和傳動系統(tǒng)。(4)研制三維編織設(shè)備一臺,并在該設(shè)備上進行編織實驗,驗證本文提出的三維編織工藝的可行性和編織過程動態(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)動機的零部件，發(fā)動機不僅滿足了強度高和價格低的要求，而且重量減輕了 40%左右[1]。通過這三維編織復(fù)合材料的成功運用，，三維編織工藝進入了人們的視野，此后經(jīng)過大量究人員的研究，逐漸走進了航天、汽車和醫(yī)療等各個領(lǐng)域[2-4]。編織工藝最早起源于人們的手工勞動，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者三個以上的紗線組（紗線層）交織成的編織物，每一個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)中有三個紗線組，但只有兩個紗線組與編織物成型方向有一定的傾斜角度，還有一個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。

（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)計了一臺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)運動，攜紗器的底座沿著徑向方向移3（b）所示。Mamel 在 2015 年設(shè)計了一臺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