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第1章 复合材料及缠绕工艺概述1

1.1 复合材料定义及特点1

1.1.1 复合材料的定义与分类1

1.1.2 树脂基复合材料的特点1

1.2 复合材料的非均质性和各向异性3

1.3 树脂6

1.3.1 树脂的特性要求6

1.3.2 树脂类型7

1.4 纤维11

1.5 复合材料界面的形成13

1.5.1 概述13

1.5.2 界面的形成15

1.5.3 界面作用机理16

1.6 缠绕成型工艺16

1.6.1 纤维缠绕成型工艺的特点18

1.6.2 纤维缠绕成型工艺的分类19

1.7 纤维缠绕技术的发展历程与发展趋势20

1.7.1 纤维缠绕技术的发展历程20

1.7.2 纤维缠绕技术的发展趋势21

第2章 纤维缠绕规律分析及线型设计23

2.1 缠绕规律分类23

2.2 螺旋缠绕规律分析25

2.2.1 相关术语解释26

2.2.2 相关计算公式27

2.2.3 用标准线法分析螺旋缠绕规律27

2.2.4 切点法描述螺旋缠绕规律32

2.3 缠绕工艺设计45

2.3.1 内压容器的结构选型45

2.3.2 缠绕类型的选择48

2.3.3 强度设计49

2.3.4 缠绕张力制度设计52

2.3.5 缠绕线型设计54

第3章 缠绕成型设备及生产工艺57

3.1 缠绕设备58

3.1.1 缠绕机的自由度概念58

3.1.2 缠绕机的类型59

3.1.3 缠绕设备部件74

3.2 缠绕制品及其应用78

3.2.1 缠绕制品的结构78

3.2.2 缠绕制品的应用80

3.2.3 典型缠绕制品83

3.3 纤维缠绕生产工艺89

3.3.1 缠绕用纤维90

3.3.2 缠绕用树脂体系91

3.3.3 芯模或内衬的制造92

3.3.4 浸胶方法及浸胶量的控制96

3.3.5 张力控制100

3.3.6 纱片宽度及缠绕速度103

3.3.7 固化制度103

第4章 纤维缠绕成型工艺模型106

4.1 热化学模型106

4.2 纤维运动子模型108

4.3 应力应变子模型112

4.3.1 初始纤维张力引起的应力和应变112

4.3.2 纤维张力变化引起的应力和应变116

4.3.3 热膨胀或收缩和化学变化引起的应力和应变118

4.3.4 总的应力和应变121

4.3.5 总的纤维张力和纤维位置121

4.3.6 芯轴与复合材料的分离121

4.4 气泡活动子模型122

4.4.1 气泡的形成122

4.4.2 气泡体积的变化123

4.4.3 气泡的移动124

4.5 强度子模型125

4.6 固化过程模型的数值解法127

第5章 内固化工艺及其优化128

5.1 内固化成型工艺原理128

5.2 复合材料固化过程基本模型129

5.2.1 热传导方程129

5.2.2 环氧树脂固化反应动力模型130

5.3 有限元计算公式132

5.3.1 空间域上的离散133

5.3.2 时间域上的离散134

5.3.3 牛顿-拉弗森算法135

5.3.4 质量集中136

5.3.5 自适应时间步控制138

5.4 壳体内部温度、固化度和应力应变分析139

5.5 芯模加热过程的模型描述144

5.5.1 蒸汽湍流模型144

5.5.2 蒸汽相变模型144

5.5.3 固流耦合的动力学模型145

5.5.4 边界条件145

5.6 芯模内部蒸汽流动和传热分析146

5.6.1 压力分布146

5.6.2 流场分布146

5.6.3 温度分布148

5.7 热芯缠绕工艺加温历程优化150

5.7.1 模型建立和材料属性151

5.7.2 缠绕过程数值模拟分析152

5.7.3 缠绕过程加温历程的优化154

5.7.4 基于优化加温历程的壳体内部多场分析155

5.8 热芯缠绕过程芯模轴向温度分布优化157

5.8.1 流场分析158

5.8.2 温度场分析160

5.8.3 综合分析161

第6章 缠绕成型工艺最新进展162

6.1 原材料方面的进展162

6.2 工艺方面的进展163

6.2.1 多工艺复合化164

6.2.2 热塑性树脂缠绕工艺应用多元化166

6.2.3 新型固化技术166

6.2.4 连续缠绕玻璃钢管道生产工艺167

6.3 设备方面的进展167

6.3.1 CAD/CAM技术应用前景广阔168

6.3.2 成型设备与机器人结合168

6.3.3 新型缠绕装备及技术169

参考文献174