1997年7月14 - 18日在澳大利亞黃金海岸召開了第11屆國際復(fù)合材料年會。筆者與沃丁柱教授合寫了一篇“Basic Principles of Filament Winding”論文,由沃丁柱教授出席并在會上宣讀,引起了與會的各國學(xué)者高度重視和熱烈討論,一時(shí)成了熱點(diǎn)。因此,很有必要在國內(nèi)介紹這10條纏繞基本原理,井著重討論其實(shí)際應(yīng)用及其開發(fā)的重要意義。
纖維纏繞基本原理的實(shí)際應(yīng)用
①根據(jù)原理1,纏繞速比決定纏繞纖維在芯模表面上的排線型式、交叉點(diǎn)數(shù),沿圓周方向切點(diǎn)數(shù)或排成的平行四邊形的個(gè)數(shù)等等。如此我們可以纏繞制出不同形狀的制品,例如等截面圓柱體,不等截面的回轉(zhuǎn)體(圓錐體、球形…)、不等截面的非回轉(zhuǎn)體(復(fù)雜截面),“編織”纏繞、多孔結(jié)構(gòu)纏繞,非測地線纏繞、凹曲面“架空”纏繞等典型的理論上可實(shí)現(xiàn)的纏繞制品,其總體線型皆決定于纏繞速比。
②根據(jù)原理7“相當(dāng)圓”理論,我們可容易地計(jì)算出橢圓形截面柱體、旋翼、矩形截面簡體、方形截面制品、六邊形截面殼體、鼓形和船形截面制品。偏開孔容器、矩形管等角纏繞等各種非回轉(zhuǎn)體的纏繞參數(shù)。
③原理3是我們能夠成功地纏繞回轉(zhuǎn)體與非回轉(zhuǎn)體異型截面制品的理論依據(jù)。
例如纏繞圓錐形管殼制品、方錐形或矩錐形等角等厚纏繞、凸凹曲面回轉(zhuǎn)體(葫蘆形或帶噴管的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等)、不等截面機(jī)翼形制品(艦艇上消除搖擺的鰭形制品、直升機(jī)旋翼和小型飛機(jī)螺旋漿等)。
④根據(jù)原理6,測地線是最穩(wěn)定的位置,我們采用球形模擴(kuò)大開口位置進(jìn)行纏繞,只要保持測地線纏繞,擴(kuò)口在任意位置都是穩(wěn)定的。如此擴(kuò)大開口可以從極孔直到赤道擴(kuò)遍全球面均勻纏繞。這就是球形制品纏繞的基本原理。
眾所周知,測地線纏繞是不計(jì)摩擦系數(shù)的,而非測地線穩(wěn)定纏繞是計(jì)有限的摩擦系數(shù)。在這里,我們把摩擦系數(shù)加大到無窮大,即纖維張力=0或纖維松線致使微張力近乎于零的狀態(tài),纖維的纏繞位置同樣是穩(wěn)定的,我們就稱它謂超測地線纏繞。超測地線纏繞好象寫字一樣,是穩(wěn)定不滑線的??梢韵笫謺粯与S心所欲地盡情揮毫。這種無張力纏繞既便是在管端頭90°纏繞小角度返回也不會滑線。這一發(fā)現(xiàn),對變化張力,甚至小到零的方法可以纏繞多種容易滑線的復(fù)雜形狀制品,尤其對微機(jī)控制纏繞機(jī)更為方便。
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