English
簡(jiǎn)體中文
纖維纏繞工藝是復(fù)合材料中具特性的一種成型工藝方法，它的核心和重點(diǎn)是排紗技術(shù)，本次實(shí)驗(yàn)課的訓(xùn)練重點(diǎn)也是排紗，兼顧網(wǎng)格理論強(qiáng)度分析。纖維產(chǎn)然是一束纖維紗成扁帶狀排布，且連續(xù)不斷，因面在實(shí)驗(yàn)安排上應(yīng)與實(shí)驗(yàn)1中絲束試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)12中NOL環(huán)試驗(yàn)聯(lián)系在一起。
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?BR>1、了解纖維纏繞工藝的基本特點(diǎn)，熟悉纏繞規(guī)律并學(xué)會(huì)纏繞線型的調(diào)試方法；
2、觀察纖維在軸對(duì)稱模具上的分布狀態(tài)，結(jié)合網(wǎng)格理論的強(qiáng)度分析，加深對(duì)纖維纏繞件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)；
3、通過(guò)纖維纏繞容器的內(nèi)壓試驗(yàn)操作，以實(shí)際數(shù)據(jù)校核網(wǎng)格理論的準(zhǔn)確性。
二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1、軸對(duì)稱帶曲面封頭的纖維纏繞芯模制作；
2、按網(wǎng)格理論設(shè)計(jì)內(nèi)壓數(shù)據(jù)和產(chǎn)然參數(shù)，根據(jù)纖維纏繞規(guī)律與成型調(diào)試進(jìn)行實(shí)際纏繞工藝操作；
3、內(nèi)胎制作和內(nèi)壓爆破試驗(yàn)。
三、實(shí)驗(yàn)原理
纖維纏繞式連續(xù)纖維復(fù)合材料的特殊成型工藝。纖維纏繞結(jié)構(gòu)的形狀通常是軸對(duì)稱的封閉面主體形狀，連續(xù)纖維均勻地按一定規(guī)律地排布在芯模的表面上，樹脂固化后就形成一個(gè)復(fù)合材料殼。這種殼式結(jié)構(gòu)包括管、罐、球等，通常它們都是耐內(nèi)壓的結(jié)構(gòu)，在內(nèi)壓工作狀態(tài)下，所有殼體上的纖維都處于被拉伸的應(yīng)力狀態(tài)，充分發(fā)揮了連續(xù)纖維復(fù)合材料的高抗拉強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。所以說(shuō)，纖維纏繞結(jié)構(gòu)式能體現(xiàn)復(fù)合材料優(yōu)點(diǎn)的一種復(fù)合材料制品。纖維纏繞成型工藝的重要性亦體現(xiàn)在此。
采用水壓試驗(yàn)直至纖維纏繞殼爆破，可觀察到結(jié)構(gòu)形狀與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度薄弱點(diǎn)之間的關(guān)系。
四、實(shí)驗(yàn)儀器和器材[-page-]
1、纖維纏繞機(jī)；
2、芯模軸，形狀刮板，麻繩、石膏等；
3、水壓力泵、乳膠片或囊、施壓連接頭和耐壓管等。
纖維纏繞機(jī)的結(jié)構(gòu)示意如圖8-1所示。它由四部分組成；主軸轉(zhuǎn)動(dòng)部分帶動(dòng)芯模轉(zhuǎn)動(dòng)、沿芯模軸向螺旋纏繞部分、環(huán)向纏繞的絲杠傳動(dòng)部分，這些都由齒輪A、B、C、D、Z1、Z2、Z3、Z4部分調(diào)節(jié)。水壓泵由進(jìn)水閥、加壓泵活塞和計(jì)壓表、出水管等組成。電動(dòng)泵和手搖泵基本原理一樣。
五、實(shí)驗(yàn)步驟
1、軸對(duì)稱曲面封頭的芯模制作
（1）取一頭粗一頭細(xì)帶臺(tái)階式鋼鐵軸一根，表面涂上薄薄一層黃油。
（2）根據(jù)事先預(yù)定的形狀、長(zhǎng)度和直徑在崗州上繞上草（麻）繩，繞的方法要保證麻繩頭固定不散而又能在后續(xù)脫模工序中抽落下來(lái)，麻繩纏繞的厚度好使刮板間隙保證在10mm-20mm范圍。這樣刮石膏時(shí)不致很厚而使芯模質(zhì)大，又不致石膏層很薄而使芯模經(jīng)不起纏繞紗帶的張力而破碎。
（3）如圖8-2所示，將形狀刮板固定在鋼軸的兩頭而能繞鋼軸旋轉(zhuǎn)，取半水石膏粉（即石膏粉）調(diào)入水盆中，迅速攪勻，不應(yīng)有塊狀物面成稀稠糊泥狀，然后用勺將此石膏糊澆在麻繩上，同時(shí)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)軸或刮板，使之形成一個(gè)表面光滑的軸對(duì)稱的帶曲面封頭的芯模。
（4）石膏芯模需經(jīng)晾干2-3天才能使用。[-page-]
2、纖維纏繞操作和線型調(diào)試
（1）根據(jù)芯模的基本尺寸確定纏繞線型；已知的參數(shù)為芯模大直徑D、極孔直徑d、圓柱段長(zhǎng)度L、兩頭的對(duì)稱曲面封頭的軸方向的封頭高Lt，選擇的纖維束紗片（或稱為粗紗）寬度b、纏繞容器的耐壓設(shè)計(jì)數(shù)p，分別按公式計(jì)算以下參數(shù)；
(4)確定縱向?qū)訑?shù)和環(huán)向?qū)訑?shù)的層次序分配，要明確列出先后順序，并在操作中執(zhí)行。[-page-]
（5）配制樹脂，裝好紗團(tuán)，按列好的縱環(huán)先后次序開始纏繞，一直進(jìn)行到全部纏完。
（6）觀察紗帶的排布情況，環(huán)向是按絲杠螺距寬度排紗，縱向是按速比微調(diào)△i排紗。
（7）纏繞完成后，將纏繞件加熱升溫固化，并不斷旋轉(zhuǎn)，以免流膠。注意芯模的熱容量以及潮濕等原因，要適當(dāng)延長(zhǎng)固化時(shí)間，否則，將會(huì)固化不完全。
（8）脫模。將鋼軸由小頭向粗頭方向敲出來(lái)，然后從軸孔將麻繩頭取出并抽出所有麻繩，后輕緩并小心將石膏殼弄碎并掏出來(lái)。纖維纏繞殼都比較薄，注意
別使殼受損。
3、內(nèi)胎制作和水壓爆破試驗(yàn)
（1）按芯模外形（也即纖維纏繞殼內(nèi)腔形）尺寸用乳膠片剪裁并用橡膠水粘連成一個(gè)可用水密封的內(nèi)胎，內(nèi)胎具有一進(jìn)水嘴，靠金屬接頭與高壓泵加壓水管相連接。
（2）將乳膠內(nèi)胎從纏繞殼極孔放入殼內(nèi)，擺正位置后將殼一極孔用金屬螺紋聯(lián)接件堵死，再將內(nèi)胎裝滿自來(lái)水。
（3）將試驗(yàn)件用鋼帶夾固定，以免內(nèi)壓爆破時(shí)飛起造成損害。
（4）按圖8-3所以將試件與高壓泵加壓水管相連，注意密封不漏水。
（5）需要測(cè)纏繞殼變形的，此時(shí)可在試件上沾好應(yīng)變片，并與應(yīng)變儀相連。
（6）先加初壓1MPa,檢查和調(diào)整試驗(yàn)裝置，使其處于正常狀態(tài)，卸壓，人員遠(yuǎn)離試件。
（7）按GB6058-85規(guī)定，加壓速度為每分鐘8MPa-10MPa,直至纏繞殼破壞，記錄破壞壓力和破壞情況。
（8）按網(wǎng)格理論的基本假定；[-page-]
A、在內(nèi)壓容器中，只有纖維承受載荷作用，而基體的承載能力忽略不計(jì)；
B、纖維只承受向載荷，且每根纖維束的承載能力相同。
對(duì)殼體設(shè)計(jì)強(qiáng)度進(jìn)行校核并討論其差別。參照GB6058-85提供的強(qiáng)度計(jì)算公式。
環(huán)向纖維的強(qiáng)度按式（8-1）和（8-2）為：
