三维整体编织技术PPT推荐.pptx

1、编织物作为工程材料 才又一次引起了人们的关注。,A,传统的三维编织是在二维编织技术上发 展起来的角轮驱动的工艺。包括三组纱 线分布在矩形排列的角轮上。角轮的运 动使三组纱线分别按各自的轨道运动。,B,1969年Bluck 提出高速斜织和编织方法。1971年，General Electric的研究人员开发的“Omniweave”是三维编织技术的一个新发 展。这两种方法的编织机理不同于传统的编 织技术，采用不连续的排和列的运动取代了 角轮连续运动，出现了四步法三维编织的雏 形。1973年，德国人Maistre申请了一个专利，开发 了一种编织三维织物的方法，被认为是第一台全自动的三维编织机，可形成4

2、*2的编织物。1982年，Floretine 申请了一个专利为“Magnaweave”的机器设备，使四步法三 维编织得到了彻底的完善。同时他提出了 21*21由气动驱动的方型四步法编织机，由开 关控制行和列的驱动，纱管直径为1.5英寸，带纱不多。,随后，美国大西洋研究公司 生产了一个大型四步法三维 编织机，携纱器64*194。编 织的形式为四步法1*1编织，基本为定长编织。1989年，北卡州立大学研制 成功了一种全自动连续喂纱 的四步法编织机，它的携纱 器数量比较少，但是是全自 动连续喂纱，这是一个很重 要的进展。,美国ALBANY公司 的可挂1000纱线的 圆型三维编织机,天津工业大学的方型

3、三 维编织机可以挂2万根 编织纱和2万根轴纱,1996年，天津工业大学（原天津纺织工学院）复合材 料研究所研制成功了目前世界上挂纱根数最多的一台 由计算机控制的全自动三维编织机，可挂编织纱线2 万根，不动纱2万根。编织由计算机控制，可编织异 型构件。,第二章 二维编织,一、概念：通过编织的方法织造出二维织物的技术。主要应 用于编织各种空心绳、管等园型织物。基本编织形式：编织纱分两组，同时参与编织运 动。两组纱运动方向相反，从而在平面内相互交织，形成织物。织物中编织纱与成型方向夹角，一般 不为0度和90度，这种为二维两向编织。若加入平行 于织物成型方向的纱线，并此纱线在编织过程中保持 不动，则为

4、二维三向编织。,二维编织物,二、二维编织机的构成,分为立式和卧式两种，主要包括三部分：1，输入机构（传动机构）：完成动力传动-齿轮。2，编织机构：-8字花盘。3，卷绕机构：卷绕速度直接影响产品质量。,二维编织机,立式编织机,卧式编织机,三、编织过程,1，在每个莲花齿轮适当位置安装好纱锭，有多少“8”字就有多少“对”纱锭。2，将每个纱锭上的纱线引到卷绕处。3，机器运动：莲花齿轮带动纱锭走“8”字，卷绕机 构卷绕。,四、纱线交织,1，钻石编织（1/1编织）：每个“8”字上两个纱锭（平均一个 齿轮一个）。纱线交织形式：2，规则编织（2/2编织）：平均每个莲花齿轮有两个纱锭。,五、工艺参数计算,已知：

5、纱线名义宽度d；管状编织物内径D；纱线单位长度重量g；求：1，编织纱线根数n：假设编织物表 面100%被纱线覆盖。一个倾角方向的纱线 n/2=D/f=Dcos/d,n=2 Dcos/d,2，单位长度编织物重量w单位长度1中纱线长1/cos，重量g/cos，所以w=ng/cos,d,编织角：设提升速度v；纱管围绕底盘的 转速为N；纱线在模具上每分钟绕N圈，一圈 的提升距离v/N;横向长度 D:tg=DN/v若纱线在模具上绕一圈又回到原来位置的距离t，tg=D/t,第三章 二步法三维编织,一、定义：二步法三维编织包含两个纱线系统，一 个纱线系统为编织纱，另一个纱线系统是轴 纱。在编织过程中，轴纱保

6、持不动，编织纱 按一定的规律运动，相互交织，并把轴纱捆 绑起来，从而形成了一个不分层的三维整体 结构。在编织过程中纱线在机器上的排列形 式经过两个机器运动步骤又恢复到初始状态，即二个机器运动步骤为一个循环，故称作二 步法三维编织。分类：方型编织和圆形编织。,图1.2 76二步法方型三维编织简图,（a）第一步,第二步,编织纱位置,编织纱,轴纱,二.二步法编织机的一般构成,轨道盘：机器的主 体，装有编织纱纱 锭、驱动装置 及编 织纱运动的轨道。纱线安装系统分为：编织纱；轴纱。成型板或成型环：起织物成型作用。提升机构将成型的织物提升,移去。,图1二步法编织机示意图,三.二步法三维编织的过程及注意事项

7、,按预制件横截面形状和尺寸在机器底 盘上排列轴纱，轴纱沿织物成型方向排 列，并在编织过程中基本保持不动。编织纱排列在所有轴纱外围的适当位 置。将轴纱和编织纱从机器底盘集中提升 到机构上，调整张力开始编织。编织机按照一定规律运动把轴纱捆绑 起来，形成织物，即编织纱沿与 45 倾斜轨道运动。提升机构随时把织物移出成型区。,四.二步法三维编织的特点,预制件的整体形状一次成型，避免了 材料的后加工给纤维带来的损伤，简化 了复合材料的加工工艺。编织过程中机器运动部件比较少，编 织运动规律相对简单。轴向纤维比率大，可以达到80，材 料沿轴向的力学性能比较突出，是轴向 承重载荷构件的首选材料。下一页,四.二

8、步法三维编织的特点,可以编织多种异型构件。如工字型、L 型。根据不同用途灵活选择轴纱和编织纱 种类和规格。由于预制件的横截面尺寸受到编织机 器规格的限制，所以预制件的幅宽比较 窄，适用于横截面较小的编织。,上一页,五.二步法三维编织复合材料的研究情况,1.Popper,P.&McConnel,R,F,US Pat.4719837.January 1988。1987年，由 Popper和McConnel最早提出了二步法 三维编织工艺并申请了专利，引起业内 人士的关注。他们认为二步法是三维编 织中运动不见最少的一种编织形式，比 较容易实现自动化，采用二步法三维编 织同样可以编织各种异型件，如圆形、

9、工字型和T字型等制件，并且可以达到 轴向增强，使材料轴向性能优越。,下一页,五.二步法三维编织复合材料的研究情况,2.1988年，Ko.Soebrto 和 Lei 对于轴纱 采用碳纤维，编织纱采用K-49的二步法 三维编织预制件的力学性能进行了测试 分析。认为，此种预制件拉伸模量、强 度以及弯曲性能都比较好，适用于一定厚度结构件的编织，可以用于直接承重，这样把二步法三维编织的应用推进了一 步。,下一页,五.二步法三维编织复合材料的研究情况,3.W.Li,M.Hammad,&A.El-Shiekh,Structural analysis of 3-D Braided Preforms for C

10、omposites:part II The two-step Preforms,J.Text.Inst,1990,81,P515-537.1990年，Li对二步法圆型和方型三维编 织均进行了分析，给出了细观结构及工 艺参数的关系，他认为纱线截面均是 圆形的，同时做了大量的试验以验证理 论分析，建立了用以预测纱线取向角，编织尺寸和纱线体积含量的预制件结下一构页 模型。,五.二步法三维编织复合材料的研究情况,4.Du,G.W,Popper P.&Chou,T.W.Analysisof 3D Textile Preforms for Multi-direction Reinforcement of

11、Composites,J.Mater.Sci,26（1991）,3438-48.1996年Du等人给出了二步法方型编织预制件中的细观结构，纱线的交织情况。认为，内部、边上、角上三个位置的轴纱形状不同。,下一页,五.二步法三维编织复合材料的研究情况,5.Byun,J.H.,Whitney,T.J.,DU,G.W.&Chou，T.W.Analytical Characterization oftwostep braided Composites.J.Comp Mater.,25（1991）P1599-1618.1991年 Byun和Chou等人总结了二步法三维编 织预制件中影响复合材料力学性能的纤

12、维束结构。在确定了微观结构特点同时，提出了一种方法，即根据贯穿复合材料 横截面和花节长度的大单元体进行分析，认为这对于具有比较复杂结构的编织复 合材料来讲是行之有效的。,下一页,五.二步法三维编织复合材料的研究情况,6.Byun,J.H.&Chou，T.W.，Process MicrostructureRelationships of 2step and 4step Braided Composites，Composite Science and Technology，56（1996）,235-251.1996年Byun和Chou等人更进一步的研究了二步法三维编 织复合材料的特性，同时与四步法

13、进行 了对比分析确定了单元体的结构和工艺 参数，并通过预测预制件加工范围估计 出相应的工艺参数。,第二节 细观结构观测,细观是介于微观（micro-）和 宏观（macro-）之间的一种状 态。1，表面观测：（1）同一根轴纱上，编织纱倾斜角度,大小相等，方向相同。,相邻轴纱上，编织角方向相反，大小不一定相等。相隔轴纱上，编织角方向相同，大小不一定相等。一步运动后，编织纹路在表面形 成一条斜线，试片越窄，倾斜角 越大。,花节长度、比花节长度和表面 编织角的概念,h,a,n 14,形成上述现象的主要原因是角的影响：,tg=L/0.5h 从中间到边部L逐渐减小，角也逐渐减小。角越小编织纱轴向张力越大编织纱下移 量大形成表面编织角减小。织物紧花节长度短斜线平。制件宽度增加，厚度减小 角相等纱线根 数多斜线平。,1，纱线形态观测,轴纱基本是四棱柱状，横截面积变化，挤压 处小，纤维排列紧密，轴线平行制件轴向；编织纱呈扁带状，截面近似椭圆，长短轴之 比在9-11。包绕形态与表面相似，角度不同，转向作用 形成对轴纱的捆绑和挤压。,2，横截面观测,m*n=17*10,轴纱截面菱形 编织纱斜截面理想状态45度时，轴纱截面正方形,A,C,D,B,3，与复合材料