纖維纏繞仿真的案例
基于隱形飛機噴氣式發動機雙S彎噴管的纖維纏繞工藝
在設計雙S彎噴管時，必須提前通過工藝設計仿真工具（CAD/CAM）創建準確的纖維放置和纏繞軌跡。然而，對于非軸對稱的纏繞仿真，是相當困難的。
Cadfil 有幾種不同的纏繞非標準幾何形狀的設計策略。因為雙S彎噴管是一個復雜的管道（可變截面的多彎曲管），所以使用了基于相對彎曲脊柱生成的螺旋路徑的方法。這類似于相對軸線為直線的普通圓管的纏繞螺旋線。
關鍵詞：非軸對稱繞組仿真、纖維纏繞工藝仿真
在現代戰爭中，戰斗機、轟炸機和無人作戰飛行器 (UCAV) 的隱身技術是通過確保空中優勢來決定戰爭勝負的重要因素。隱身是指一種避免被敵方雷達和紅外探測器探測到的技術。在紅外（IR）信號檢測的情況下，飛機本身的熱量，尤其是高溫的發動機和后機身發出的熱量輻射量最大。
由于必須設計飛機發動機噴嘴以實現紅外信號抑制，因此應用了S形噴嘴（雙S彎噴管），以使發動機的高溫部分不可見。此外，采用大縱橫比的出口形狀來降低廢氣羽流溫度的紅外特征（圖 1）。多層復合材料需滿足發動機排氣噴嘴的功能和結構要求。
圖1 (a) UCAV進氣管（綠色）和排氣噴嘴（橙色）的3D草圖 (b) 3種不同幾何形狀的排氣噴嘴
(c) 應用不同噴嘴后的紅外特征模擬結果
噴嘴的最內層由碳纖維增強碳化硅 (C-SiC) 復合材料制成，具有出色的熱穩定性和耐腐蝕性。最外層由碳纖維增強塑料 (CFRP) 組成，這是一種輕質材料，可保持結構強度以抵抗軸向推力和內部壓力。最后，為了粘合和絕緣，在C-SiC和CFRP材料之間使用了陶瓷材料。
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。
展開 庭田科技攜手某新媒體平臺Cadfil軟件助力高壓儲氫氣瓶纖維纏繞技術
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。
展開 基于隱形飛機噴氣式發動機雙S彎噴管的纖維纏繞工藝
在設計雙S彎噴管時，必須提前通過工藝設計仿真工具（CAD/CAM）創建準確的纖維放置和纏繞軌跡。然而，對于非軸對稱的纏繞仿真，是相當困難的。
Cadfil 有幾種不同的纏繞非標準幾何形狀的設計策略。因為雙S彎噴管是一個復雜的管道（可變截面的多彎曲管），所以使用了基于相對彎曲脊柱生成的螺旋路徑的方法。這類似于相對軸線為直線的普通圓管的纏繞螺旋線。
關鍵詞：非軸對稱繞組仿真、纖維纏繞工藝仿真
基于隱形飛機噴氣式發動機雙S彎噴管的纖維纏繞工藝
在現代戰爭中，戰斗機、轟炸機和無人作戰飛行器 (UCAV) 的隱身技術是通過確?？罩袃瀯輥頉Q定戰爭勝負的重要因素。隱身是指一種避免被敵方雷達和紅外探測器探測到的技術。在紅外（IR）信號檢測的情況下，飛機本身的熱量，尤其是高溫的發動機和后機身發出的熱量輻射量最大。
由于必須設計飛機發動機噴嘴以實現紅外信號抑制，因此應用了S形噴嘴（雙S彎噴管），以使發動機的高溫部分不可見。此外，采用大縱橫比的出口形狀來降低廢氣羽流溫度的紅外特征（圖 1）。多層復合材料需滿足發動機排氣噴嘴的功能和結構要求。
圖1 (a) UCAV進氣管（綠色）和排氣噴嘴（橙色）的3D草圖 (b) 3種不同幾何形狀的排氣噴嘴
(c) 應用不同噴嘴后的紅外特征模擬結果
噴嘴的最內層由碳纖維增強碳化硅 (C-SiC) 復合材料制成，具有出色的熱穩定性和耐腐蝕性。最外層由碳纖維增強塑料 (CFRP) 組成，這是一種輕質材料，可保持結構強度以抵抗軸向推力和內部壓力。最后，為了粘合和絕緣，在C-SiC和CFRP材料之間使用了陶瓷材料。
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。
展開 我國纖維纏繞技術發展簡史分享
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 
纖維纏繞復合材料高壓氣瓶設計
技術條件輸入: 1)確定壓力容器的尺寸;2)確定工作壓力;3) 確定爆破壓力; 4)確定使用年限;5)確定內襯類型:鋁合金，塑 料;6)確定封頭極孔直徑;7)確定纖維類型:碳纖維，芳綸纖維, 玻璃纖維; 8)確定樹脂類型及含量;9)確定纏繞紗片寬度;以及其 他相關技術要求。 設計內容:1)進行封頭、容器強度及金屬接嘴的強度設計;2) 在滿足強度的前提下，以質量最輕為目標，進行優化設計;3)采用計 算機模擬氣瓶的承壓性能; 4)其他你認為有益的設計內容。
我國纖維纏繞技術發展簡史分享
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 Abaqus/WCM纖維纏繞壓力容器建模案例
Abaqus /WCM模塊用于三維纏繞復合材料壓力容器建模，可以準確預測纖維纏繞壓力容器的性能。三維壓力容器模型包括：內襯和纏繞層，如下圖所示。
1.內襯建模，可以通過其它軟件導入，也可以直接在Abaqus中建模。下圖是通過Abaqus直接建模。
2.將內襯導入WCM中
3.纏繞層在WCM中建模
4.在WCM模塊中對三維模型劃分網格，并生成材料特征。
上圖為模型的材料屬性顯示圖，WCM模塊自動根據不同的纏繞角度，給單元賦予不同的材料特征。
來源：有限元在線的博客，版權歸作者所有。
Abaqus纖維纏繞模擬之“草木皆可為劍”
“ 草木竹石皆可為劍” -金庸
編織的纖維
01—巧妙的“走馬機”
在生活中，我們可能會注意到有些導線為了增強抗拉性能，其外層會包覆有編織結構，這種編織結構通常是由下圖所示的“走馬機”將一股股絲線纏繞而成。
“走馬機”編織過程
隨著人們對輕量化的追求，復合材料在工程上越來越得到重視，碳纖維纏繞成型結構是比較常見的一種，比如某些油箱、高壓氣瓶、槍炮管、導彈結構、火箭發動機殼體等，具有很高的比強度和比剛度，目前碳纖維纏繞成型工藝越來越成熟，這種結構也正在快速地應用于體育器材、交通工具和醫療器械等民用產品。
纖維纏繞增強技術
碳纖維纏繞成型系統中的纏繞機有著類似于“走馬機”的運行原理，一股股絲線錯綜復雜，運行起來讓人眼花繚亂。
02—Abaqus纏繞模擬之“草木皆可為劍”
無論采用什么工具進行問題分析或仿真模擬，一個核心思想就是抽象簡化，只要找到復雜系統中最重要的、最簡單的組分，然后把這部分的基礎問題剖析透徹，那么上一層級的問題就迎刃而解。
“草木皆可為劍”
要模擬“走馬機”絲線纏繞也是這樣的過程，我們只需要對最重要、最簡單的那一部分進行剖析、建模就可以了。
“走馬機”Abaqus模型里最簡單的組分
簡單組分的圓形陣列
“走馬機”原理：導向環往復+圓周運動的復合運動
Abaqus纖維纏繞模擬
通過抽象思考進行仿真建模，用最簡單的組分模擬復雜的過程，此為有限元仿真模擬之“ 草木竹石皆可為劍”。
展開 采用3D纏繞工藝的超輕碳纖維結構座椅 重量僅10公斤
https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/40144.html
由AMC設計的創新纖維復合材料部件纏繞工藝可以減輕大部分重量。 3D工藝中獲得專利的xFK采用浸漬樹脂的連續纖維纏繞成型為部件，并且不產生廢料。
CSI 發展技術公司利用座椅結構設計中的工藝優勢打造輕質座椅，該座椅設計非常適合超級跑車、跑車或未來的空中出租車。https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/39979.html
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展開 在HyperMesh中通過曲線定義材料方向（模擬纖維纏繞方向） ￥9.9
根據之前的帖子，復合材料坐標系調整http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1189958
我們知道了通過坐標系、向量、以及角度的方式調整復合材料鋪層坐標系（定義纖維0度方向），但是對于比較復雜的曲面，如果還是按照這種方式定義可能就不太準確，如下：
如果圓球面是通過纏繞方式成型的，那么我們按照上圖，定義的方式就不正確，因此需要通過其他方式來進行定義：
本案例講解在HyperMesh中定義上述纏繞方式成型的復合材料方向：
鋼纜纏繞過程仿真
采用abaqus軟件實現鋼纜纏繞過程仿真，可考慮粘結效應。
纏繞復合材料壓力容器設計仿真一體化工具-WoundSIM
01：
引言
高壓儲氣罐是先進復合材料，尤其是碳纖維纏繞復合材料用量最大、增長最快的市場之一。纏繞復合材料壓力容器具有重量輕、壓力大等優點,是充分發揮纖維強度的最優結構,因此廣泛應用于航空、航天等領域。盡管它們可以自給式呼吸器方式為航空航天器提供氧氣和氣體存儲，但是復合材料壓力容器的主要以及最終市場仍然是大量用于運輸壓縮天然氣（CNG）以及乘用車中的燃料存儲，應用于動力總成依賴于CNG和氫氣以替代汽油和柴油的公共汽車和卡車。WoundSIM是S-VERTICAL公司開發的一款用于纏繞復合材料壓力容器（COPVs）設計、數值模擬和優化的新一代工具。
02：產品概述
在已有類型工具基礎上，提供獨立可視化圖形界面，強化了參數鋪層建模，引入結構優化與試驗設計功能，滿足復合材料結構設計仿真一體化的需求。
圖. 纏繞復合材料壓力容器設計仿真一體化
當定義復合材料層表時，使用圖形界面即時查看復合材料層。調整纏繞角時，可自動計算與調整結構層厚度?？赏ㄟ^COPV結構計算和分配鋪層材料性能。
圖.
展開 短纖維增強復合材料力學仿真技術
文章發布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
聯系我們：021-58403100
作者：陳科夫 上海安世亞太結構應用工程師
本文共計1180字，閱讀時間預計4分鐘
編者按
作者詳細分析了短纖維增強復合材料力學仿真技術的應用領域和實際意義，并具體闡述了Mechanical 2021R1中實現短纖維增強復合材料的力學分析過程。
什么是短纖維增強復合材料
短纖維增強復合材料具有制造快速、力學性能好等優點，已成為傳統材料的重要替代品。目前被廣泛應用于交通運輸、航空航天等工程領域。準確地預測短纖維增強復合材料的力學性能對于實際工程應用具有重要意義。
針對短纖維增強復合材料細觀隨機分布的特征，基于RVE的有限元法，可以很好的對復合材料的力學特性進行仿真，并且能夠滿足復合材料設計要求。
如何實現力學分析
ANSYS Mechanical 2021R1短纖維增強復合材料力學特性仿真功能得到了增強，該功能能夠模擬注塑材料的真實和復雜細節，如纖維的方向和零件中存在的注塑應力等。下文主要闡述在Mechanical 2021R1中如何實現短纖維增強復合材料的力學分析。
總體上需要建立圖1的項目流程并分析一個短纖維復合材料注塑而成的簡單模型。其中Material Designer模塊主要計算短纖維復合材料各向異性彈塑性力學性能。Injection Molding Data 為2021R1版本的新增模塊，可以導入專業注塑成型仿真軟件的相應結果，為后續分析提供輸入條件。
展開 CFRP碳纖維復合材料鉆削仿真
運動可以完成，但是鉆削完成之后空中間的材料還存在，而且應力效果基本看不出來，著急，求大神指教，有償！
柔性再生碳纖維濕法取向仿真模擬及其復合材料性能研究
摘 要：基于珠鏈模型，采用離散單元法對纖維模型進行柔性化處理；通過搭建 EDEM-Fluent 耦合仿真模型，對柔性再生碳纖維在漸縮流場中的流動取向過程進行仿真模擬。采用濕法取向技術對 6 mm 纖維進行重新取向排布制備取向氈，將仿真結果與實驗結果進行對比。采用模壓法制備了碳纖維/環氧樹脂基復合材料，對其力學性能進行表征。結果表明：在纖維跟隨流體運動的過程中，纖維會受到軸向剪切力的作用，發生不同程度的彎曲變形，并沿著流體流動方向發生旋轉，從而在移動過程中完成取向。利用二維方向張量對纖維氈取向度進行表征，其取向度為 98%；制備的取向復合材料彎曲強度和模量較未取向材料分別提升 70.6%和 88.5%。
關鍵詞：纖維取向；柔性纖維；離散單元法；漸縮流場；力學性能
0 前言
碳纖維/環氧樹脂基復合材料(CF/EP)在航空航天、風電、交通等大型承力構件制造中得到廣泛應用[1]，尤其在航空航天方面，常用來制造發動機殼體、蒙皮等重要部件，可以發揮碳纖維復合材料輕量化、高強度等優勢[2]。隨著碳纖維應用范圍的不斷擴大，各領域對碳纖維需求量急速增加，制造中的廢棄邊角料和服役期滿碳纖維復材制品也隨之增長[3]。對廢棄碳纖維復合材料中的碳纖維進行回收再利用是解決碳纖維廢棄物堆積問題的最佳途徑，回收之后的再生碳纖維性能與原纖維相差無幾，回收成本卻遠遠小于生產成本[4]。回收碳纖維通常采用模壓工藝實現復材制品成型，并應用于汽車外覆蓋件等部位。但是碳纖維作為一種各向異性的材料，其軸向力學性能優于徑向力學性能[5]，隨機排列的短纖維大大限制了其應用途徑。因此，有效的纖維取向技術成為回收碳纖維大規模工業應用的關鍵技術之一。
目前一些學者對纖維取向技術進行了相關研究。
展開 