纖維纏繞
關注創建者：子巖 創建時間：2019-09-09
纖維纏繞的視頻教程
ABAQUS-纖維纏繞模擬
本案例基于ABAQUS/Standard模擬了鋼纖維在軸上的纏繞過程，軸采用剛體面建模，纖維采用 B31 單元。定義了纖維材料彈性和塑性參數，給定軸的轉動速度和移動速度。軸參考點與纖維一端點建立 Beam connector，實現纖維在軸上的纏繞。
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纖維纏繞的實例教程
引言
纖維纏繞技術是將浸過樹脂膠液的連續纖維或布帶，按照一定規律纏繞到芯模上，然后固化、脫模獲得制品的工藝過程。根據纖維纏繞成型時樹脂基體的物理化學狀態不同，分為干法纏繞、濕法纏繞和半干法纏繞三種。三種纏繞方法中，以濕法纏繞應用最為普遍；干法纏繞僅用于高性能、高精度的尖端技術領域。
我國的纖維纏繞技術歷經半個多世紀的發展，從無到有、從小到大，伴隨著我國航空航天和國防事業的發展而不斷壯大。
2. 纖維纏繞技術的誕生
20世紀60年代初，根據國家軍工配套和國民經濟發展需要,哈爾濱玻璃鋼研究院有限公司（原哈爾濱玻璃鋼研究所）、北京玻鋼院復合材料有限公司（原北京251廠）分別開展了纖維纏繞技術的研究。
哈爾濱玻璃鋼研究院于1964年提出螺旋纖維纏繞基本規律（即切點法），并給出了這一規律的數學表達式，即纏繞速比計算；在國內首次提出封頭曲面上的纖維軌跡位于一個平面內，順利解決了封頭曲面纖維纏繞中心角的計算問題，為纏繞機的設計和工藝設計提供了理論依據，依據這個規律，哈玻院設計制造了機械式纏繞機，如圖1所示。利用這些設備,研制出若干類型壓力容器,實現了我國纖維纏繞工藝的機械化。同時，在纏繞制品的結構設計、原材料選擇及防滲內襯等工藝技術關鍵問題方面都取得了突破性進展。北京玻鋼院復合材料有限公司1964年實現了標準線（當時稱“北極星纏繞”）纏繞（即標準線法），歸納總結出纏繞規律的通用公式，建立了測地線纏繞規律運動方程，描述了一個線型中各量之間的關系。
到1965年，我國已完全掌握了螺旋纏繞的基本規律，實現了全機械化螺旋纏繞。中國纖維纏繞技術于20世紀60年代初正式誕生。
圖1 哈玻院研制的纏繞機
3. 纖維纏繞技術的發展
在20世紀70年代至90年代末的20多年間，我國對纖維纏繞技術進行了全面研究。
展開 引言
纖維纏繞技術是將浸過樹脂膠液的連續纖維或布帶，按照一定規律纏繞到芯模上，然后固化、脫模獲得制品的工藝過程。根據纖維纏繞成型時樹脂基體的物理化學狀態不同，分為干法纏繞、濕法纏繞和半干法纏繞三種。三種纏繞方法中，以濕法纏繞應用最為普遍；干法纏繞僅用于高性能、高精度的尖端技術領域。
我國的纖維纏繞技術歷經半個多世紀的發展，從無到有、從小到大，伴隨著我國航空航天和國防事業的發展而不斷壯大。
2. 纖維纏繞技術的誕生
20世紀60年代初，根據國家軍工配套和國民經濟發展需要,哈爾濱玻璃鋼研究院有限公司（原哈爾濱玻璃鋼研究所）、北京玻鋼院復合材料有限公司（原北京251廠）分別開展了纖維纏繞技術的研究。
哈爾濱玻璃鋼研究院于1964年提出螺旋纖維纏繞基本規律（即切點法），并給出了這一規律的數學表達式，即纏繞速比計算；在國內首次提出封頭曲面上的纖維軌跡位于一個平面內，順利解決了封頭曲面纖維纏繞中心角的計算問題，為纏繞機的設計和工藝設計提供了理論依據，依據這個規律，哈玻院設計制造了機械式纏繞機，如圖1所示。利用這些設備,研制出若干類型壓力容器,實現了我國纖維纏繞工藝的機械化。同時，在纏繞制品的結構設計、原材料選擇及防滲內襯等工藝技術關鍵問題方面都取得了突破性進展。北京玻鋼院復合材料有限公司1964年實現了標準線（當時稱“北極星纏繞”）纏繞（即標準線法），歸納總結出纏繞規律的通用公式，建立了測地線纏繞規律運動方程，描述了一個線型中各量之間的關系。
到1965年，我國已完全掌握了螺旋纏繞的基本規律，實現了全機械化螺旋纏繞。中國纖維纏繞技術于20世紀60年代初正式誕生。
圖1 哈玻院研制的纏繞機
3. 纖維纏繞技術的發展
在20世紀70年代至90年代末的20多年間，我國對纖維纏繞技術進行了全面研究。
展開 因此，為了用傳統的纖維纏繞工藝均勻地包裹非軸對稱形狀的外部，必須提前通過CAD/CAM工藝設計仿真工具創建準確的纖維放置和纏繞軌跡。
通過纖維纏繞工藝制造飛機零件
在本案例研究中，為了了解發動機排氣噴嘴形狀的可成型性，僅使用碳纖維進行干式纏繞過程，并且需要最佳纏繞模式和角度設置以防止纖維在附近滑動。通過商業纖維纏繞模擬工具來執行非軸對稱形狀的成功纖維纏繞工藝的優化工藝條件。
非軸對稱繞組仿真的關鍵策略
Cadfil 有幾種不同的纏繞非標準幾何形狀的設計策略。因為這個組件主要是一個復雜的管道（可變截面的多彎曲管），所以使用了一種基于使用相對于彎曲脊柱生成的螺旋路徑的方法。這類似于相對于軸線為直線的普通圓管的軸線纏繞螺旋線。下面簡要總結了在Cadfil中創建蜿蜒路徑的過程。
圖2 使用Cadfil軟件設計雙S彎噴管
首先，在CAD中，零件必須按照將要呈現給纏繞機的方向進行定向，以便零件的X軸是心軸旋轉軸。第二步是創建纏繞曲線。圖2顯示了零件幾何形狀和幾條纏繞曲線。紅色曲線是最初的設計，藍色曲線是一個小的修改，允許在大直徑端稍微更大的纏繞范圍。心軸表面幾何圖形通過FEA或3D打印格式從CAD導出為三角網格。Cadfil支持多種標準數據格式。曲線幾何圖形作為標準STEP數據導出，是由直線、圓弧或復雜樣條曲線組成的完全通用的復合曲線。
下一步是一個用戶對話框，用于為蜿蜒的路徑創建一組數據參數。參數包括曲面幾何文件、步進文件和選取的曲線、要使用的纏繞曲線的范圍（修剪）、起始的初始方向以及纏繞的螺距。
間距實際上是圍繞零件的路徑每旋轉一次沿脊椎行進的距離。創建路徑后，Cadfil軟件計算路徑的摩擦（防滑）要求，以便用戶檢查它是否在可接受的范圍內?？梢詣摻ㄒ唤M路徑并將其組合成一個繞組層，并且可以組合多組繞組層以形成一個完整的組件繞組。
展開 另一方面，對于具有急彎的非圓柱形的飛機組件，使用纖維纏繞工藝是極具挑戰的。因此，為了用傳統的纖維纏繞工藝均勻地包裹非軸對稱形狀的外部，必須提前通過CAD/CAM工藝設計仿真工具創建準確的纖維放置和纏繞軌跡。
通過纖維纏繞工藝制造飛機零件
在本案例研究中，為了了解發動機排氣噴嘴形狀的可成型性，僅使用碳纖維進行干式纏繞過程，并且需要最佳纏繞模式和角度設置以防止纖維在附近滑動。通過商業纖維纏繞模擬工具來執行非軸對稱形狀的成功纖維纏繞工藝的優化工藝條件。
非軸對稱繞組仿真的關鍵策略
Cadfil 有幾種不同的纏繞非標準幾何形狀的設計策略。因為這個組件主要是一個復雜的管道（可變截面的多彎曲管），所以使用了一種基于使用相對于彎曲脊柱生成的螺旋路徑的方法。這類似于相對于軸線為直線的普通圓管的軸線纏繞螺旋線。下面簡要總結了在Cadfil中創建蜿蜒路徑的過程。
圖2 使用Cadfil軟件設計雙S彎噴管
首先，在CAD中，零件必須按照將要呈現給纏繞機的方向進行定向，以便零件的X軸是心軸旋轉軸。第二步是創建纏繞曲線。圖2顯示了零件幾何形狀和幾條纏繞曲線。紅色曲線是最初的設計，藍色曲線是一個小的修改，允許在大直徑端稍微更大的纏繞范圍。心軸表面幾何圖形通過FEA或3D打印格式從CAD導出為三角網格。Cadfil支持多種標準數據格式。曲線幾何圖形作為標準STEP數據導出，是由直線、圓弧或復雜樣條曲線組成的完全通用的復合曲線。
下一步是一個用戶對話框，用于為蜿蜒的路徑創建一組數據參數。參數包括曲面幾何文件、步進文件和選取的曲線、要使用的纏繞曲線的范圍（修剪）、起始的初始方向以及纏繞的螺距。
間距實際上是圍繞零件的路徑每旋轉一次沿脊椎行進的距離。
展開 近期，庭田科技與某新媒體平臺達成合作，共同推廣和普及基于Cadfil軟件的儲氫高壓復合材料氣瓶纖維纏繞技術。為了讓更多行業內人士了解并掌握這一技術，庭田科技將與某新媒體臺共同舉辦線上公開課。
1.3 課程內容介紹
庭田科技邀請到了Cadfil軟件專家（高級攻城獅）為大家講解這一技術。在這次公開課中，Cadfil軟件專家將為大家詳細介紹IV型高壓儲氫氣瓶的結構及應用，以及如何利用Cadfil軟件進行氣瓶纖維纏繞仿真。課程內容將涵蓋以下幾個方面：
1）IV型高壓儲氫氣瓶的結構與特點
2）纖維纏繞技術在儲氫氣瓶上的應用
3）Cadfil纖維纏繞軟件的功能及應用領域
4）基于Cadfil軟件的氣瓶纖維纏繞仿真實例演示
圖一 典型IV型高壓儲氣瓶結構示意圖
1.4 課程收益與合作展望
參與這次線上公開課的企業和個人將在Cadfil軟件專家的指導下，學習到實用的纖維纏繞技術和Cadfil軟件操作技巧，深入了解纖維纏繞技術在高壓儲氫氣瓶制造中的關鍵作用，以及如何利用Cadfil軟件進行高效、精確的纏繞仿真，更好地掌握IV型高壓儲氫氣瓶的設計與制造技巧，這將有助于提高企業在氫能產業的競爭力，為氫能產業的發展提供強大技術支持。庭田科技與某新媒體平臺的合作預計將在未來進一步擴展，共同推動氫能產業的創新與發展。
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尤為值得一提的是，君華的LU-CF/PEEK寬度可在2.0-300mm范圍內定制，厚度覆蓋0.11-0.2mm規格，完美匹配熱壓罐成型、自動纖維鋪放、纏繞成型等多種工藝路線。無論您是研發機構進行原型試制，還是制造企業尋求規模化量產，千米級連續帶材都能提供從”米”到”千米”的無縫銜接。
航空航天領域：它可以用于制造長達數米的機翼梁、機身框等主承力結構，消除拼接弱點，提升整體可靠性。
然而，應注意的是，由于制造公差（纖維纏繞、層生產、纖維取向、制造方法（自動化或手動）），材料特性也可能不同，因此只有近似的溫度響應匹配系數，這取決于纖維復合材料。
通常建議在復合材料（α=0.5·10-6/K）上使用代號為6的應變片進行測量。
圖：結構改變前后的纖維運動分析
cradle CFD擁有較為強大的后處理分析能力，使纖維在輸毛管道中的運動呈現具象化，研究者更好觀察纖維在管道中的耦合運動，本研究通過改變管道結構，消除管道內的流場漩渦，提高纖維在管道內的輸送效率，減少纖維纏繞現象。
總 結
纖維輸毛管的設計對粘膠纖維或Lyocell短纖維絲束的開松效果至關重要。
采用纖維纏繞技術的非軸對稱形狀
對于簡單的軸對稱噴嘴結構（圓柱形/圓形噴嘴），可以使用纖維纏繞工藝，這比其他復合材料預成型工藝更便宜。另一方面，對于具有急彎的非圓柱形的飛機組件，使用纖維纏繞工藝是極具挑戰的。因此，為了用傳統的纖維纏繞工藝均勻地包裹非軸對稱形狀的外部，必須提前通過CAD/CAM工藝設計仿真工具創建準確的纖維放置和纏繞軌跡。
</span></p><p><strong style="color: rgb(0, 0, 0);">纖維帶寬度：</strong><span style="color: rgb(0, 0, 0);">是纖維帶的纏繞寬度</span></p><p><strong style="color: rgb(0, 0, 0);">帶厚度：</strong><span style="color: rgb(0,
首先將單向碳纖維預浸料纏繞在設計好尺寸的芯棒上，然后抽出芯棒，將氣囊放入在纏繞好的預浸料圓管中，再將其放入模具之中進行固定，最后用熱壓機進行加壓得到試驗試件。所制備的CFRP薄壁圓管的纖維鋪層角度和順序為[0°/90°]4（最內層為0°），其中0°與90°分別為薄壁管件的軸向與橫向方向。CFRP薄壁圓管的制造工藝流程如圖3所示，其中，CFRP薄壁圓管尺寸數據見表2。
纖維纏繞工藝所需的高分子復合材料具有減小儲氣瓶壁厚、提高容量和氫存儲效率等諸多優勢，故其性能及成本是高壓氣態儲氫瓶制備的關鍵。
（2）高壓氣態儲氫相關專利申請總量排名前10的均為中國企業，我國的技術研發投入較大，未來國內市場競爭激烈。
ASTM D25851968 年版，1968 年-纖維纏繞壓力容器的制備和拉伸試驗的標準試驗方法
圖 1. ASTM D 2585 COPV 的幾何形狀
圖 2. ASTM D 2585 內襯的幾何形狀
圖 3.
途徑之三是采用目前普遍使用的纖維纏繞復合材料機匣，如圖8(c)，具體結構如圖9，在風扇機匣外采用纏繞方式包裹多層韌性很好的纖維(如Kevlar)預浸料，并與機匣固化成一體。風扇機匣工作溫度一般在150℃以下，可以采用環氧樹脂或雙馬樹脂基體。纖維纏繞成形筒體結構件是一種先進的工藝方法，能充分發揮連續作業的特點。
課程內容將涵蓋以下幾個方面：
1）IV型高壓儲氫氣瓶的結構與特點
2）纖維纏繞技術在儲氫氣瓶上的應用
3）Cadfil纖維纏繞軟件的功能及應用領域
4）基于Cadfil軟件的氣瓶纖維纏繞仿真實例演示
圖一 典型IV型高壓儲氣瓶結構示意圖
1.4 課程收益與合作展望
參與這次線上公開課的企業和個人將在
