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正文內(nèi)容

三維正交織物的織造方式畢業(yè)論文(專業(yè)版)

  

【正文】 本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 在織造過程中由于織造方式比較原始和落后,損失了很多的紗線強(qiáng)力,對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果造成了一定的影響。 準(zhǔn)備完畢后啟動(dòng)儀器,拉伸試樣至斷裂,記錄斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)。 由于縫合過程中縫針會(huì)對(duì)纖維造成一定程度的損傷,如果針尖太鋒利,縫合過程中纖維很容易被縫針切斷,從而使得復(fù)合材料性能降低;反之,如果針尖太鈍,針尖進(jìn)入纖維的阻力太大,又不利于縫合效率的提高。所以將所有的經(jīng)紗固定在經(jīng)紗固定架子上進(jìn)行分層送經(jīng)。之后便能正常打緯進(jìn)行織造了。 由經(jīng)紗固定架子的后面往前穿經(jīng)紗,即與織造方向相反的方向。打開強(qiáng)力儀電源,儀器自檢正常后,對(duì)儀器進(jìn)行設(shè)置,設(shè)置好夾距、拉伸速度及實(shí)驗(yàn)方式等參數(shù)后即可開始實(shí)驗(yàn)。 以骨折內(nèi)固定接骨板為例 , 目前臨床上使用的接骨板多半是以不銹鋼和鈦合金為材料的 ,這種材料本身具有各向同性 , 而且強(qiáng)度方面很難根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。三維紡織復(fù)合材料滿足了大型掃雷艦隊(duì)船體材料的需要,解決了由于魚雷爆炸產(chǎn)生的高沖擊載荷下引起的材料分層問題。這兩個(gè)問題推動(dòng)了三維機(jī)織復(fù)合材料的發(fā)展。傳統(tǒng)復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)對(duì)低速?zèng)_擊引起的損傷很敏感,但縫合提高了沖擊損傷容限。 幾種常見的 三維 紡織增強(qiáng)復(fù)合材料 三維正交機(jī)織物 常見的三維機(jī)織物結(jié)構(gòu)如圖 11 所示,圖 11 為四層緯紗的三維正交織物,其有三個(gè)系統(tǒng)紗線,即經(jīng)紗( D1~D3)、垂紗( F1~F2)和緯紗( 1~8 等) ,經(jīng)紗和緯紗之間沒有交織關(guān)系,只是靠垂紗把經(jīng)紗、緯紗縫合在一起 [4]。 zonal stitching。 國(guó)外有學(xué)者對(duì)三維編織復(fù)合材料的彈性性能提出過一些分析模型,但是在公開發(fā)表的學(xué)術(shù)論文中,對(duì)三維編織復(fù)合材料的強(qiáng)度性能的計(jì)算模型及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并不多。但實(shí)際應(yīng)用中,由于成型和加工的復(fù)雜性,導(dǎo)致三維織物的制造成本很昂貴,因此使用范圍僅限于某些特殊構(gòu)件。目前大多數(shù)工業(yè)編織機(jī)僅能生產(chǎn)小截面 ( 寬度小于 100mm) 的預(yù)形件。由于三向正交織物復(fù)合材料的低成本,更宜于制作大型結(jié)構(gòu)件。用該材料制作的移動(dòng)天線,減輕了重量,提高了部隊(duì)的機(jī)動(dòng)能力 [12]。 用碳纖維與塑料制成的復(fù)合材料所做的飛機(jī)不但輕巧,而且消耗動(dòng)力少,推力大,噪音??;用碳纖維制電子計(jì)算機(jī)的磁盤,能提高計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存量和運(yùn)算速度;用碳纖維增強(qiáng)塑料來制造衛(wèi)星和火箭等宇宙飛行器,機(jī)械強(qiáng)度高,質(zhì)量小,可節(jié)約大量的燃料。 為了減少穿紗次數(shù),改善經(jīng)紗過長(zhǎng)導(dǎo)致的紗線下垂,所以在經(jīng)紗架和織機(jī)之間加入了一個(gè)起調(diào)節(jié)張力作用的架子,如圖 22 所示: 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 11 圖 22 調(diào)節(jié)張力的架子 該架子由底座、支架和帶有導(dǎo)紗孔的有機(jī)玻璃面板組成。同時(shí)要將接結(jié)紗與襯墊紗分開,不能穿到同一筘齒中。且由于紗線是成股地綁定在卷布輥上,可能在織造開始的時(shí)候會(huì)形成圖 37 中的喇叭狀的縫隙,此時(shí)應(yīng)繼續(xù)用廢舊棉紗打緯,直到喇叭狀縫隙消失。 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 18 圖 310 下機(jī)后的緯向接結(jié)織物細(xì)節(jié)圖 平紋布的織造及縫合 平紋布上機(jī)圖 圖 311 平紋布上機(jī)圖 平紋布穿筘時(shí)和三維織物織造時(shí)一樣采用 40 號(hào)鋼筘,每一個(gè)筘齒穿兩根經(jīng)紗,采用順穿法穿綜。因此本次實(shí)驗(yàn)應(yīng)選擇拆邊法條樣。 結(jié)合公式 43 和表 43 不難看出,纖維取向角會(huì)在一定程度上影響織物的拉伸斷裂強(qiáng)力。也非常感謝李甜甜同學(xué)在閑暇時(shí)幫我穿綜、穿筘等工作,十分感謝! 在本課題的研究中,陳孝燁同學(xué)的課題所需試樣和我的一樣,也很感謝他在布樣織造過程中的幫助,使得我在后期能夠順利的完成實(shí)驗(yàn),在此表示深深的感謝! 最后衷心感謝在百忙之中抽出時(shí)間參加答辯的各位專家、教授,謝謝你們! 畢業(yè) 設(shè)計(jì)(論文)原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾:所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。圖表整潔,布局合理,文字注釋必須使用工程字書寫,不準(zhǔn)用徒手畫 3)畢業(yè)論文須用 A4 單面打印,論文 50 頁(yè)以上的雙面打印 4)圖表應(yīng)繪制于無格子的頁(yè)面上 5)軟件工程類課題應(yīng)有程序清單,并提供電子文檔 1)設(shè)計(jì)(論文) 2)附件:按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文(復(fù)印件)次序裝訂 3)其它 。只有這樣才能使我國(guó)復(fù)合材料的發(fā)展走在世界的前列。 表 42 部分織物強(qiáng)度計(jì)算所需參數(shù) 項(xiàng)目 /數(shù)值 Py/cN 屈曲系數(shù) C cosθ 經(jīng)向接結(jié) 緯向接結(jié) 縫合平紋 計(jì)算出各個(gè)試樣的橫截面積、理論拉伸斷裂強(qiáng)力值以及與實(shí)測(cè)織物拉伸斷裂強(qiáng)力值的誤差(保留兩位小數(shù))見表 43。 織物拉伸斷裂強(qiáng)力測(cè)試方式有三種,分別為:拆邊紗法、剪切法和抓樣法。不同的是,經(jīng)向接結(jié)是通過綜框提綜引導(dǎo)接結(jié)紗交織接結(jié),緯向接結(jié)是用類似縫衣針的引緯針引導(dǎo)接結(jié)緯紗上下穿梭接結(jié)。 固定好襯墊紗和接結(jié)紗后就可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)紗線張力,預(yù)備織造。 圖 34 綜絲位置狀態(tài)俯視示意圖 對(duì)此,筆者對(duì)織造方式進(jìn)行改進(jìn):穿綜時(shí),將接結(jié)紗穿入綜絲眼,襯墊紗不武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 15 進(jìn)行穿綜,直接從兩根綜絲中間穿過,然后采用人工分層提綜的方式開口打緯,如圖 35。又本次實(shí)驗(yàn)需要的試樣不多,實(shí)驗(yàn)原料亦有限,在此,筆者放棄了筒子架而采用了往屆學(xué)生使用過的簡(jiǎn)易經(jīng)紗固定架子 。這些不同種類的纖維在工業(yè)上都有所應(yīng)用,但在三維紡織復(fù)合材料領(lǐng)域中,天然纖維和增強(qiáng)相(樹脂、陶瓷等)的結(jié)合性不好,強(qiáng)力也不及一些化學(xué)纖維好,無法在基體復(fù)合過程中相互粘合,因而不常用。 軍事領(lǐng)域的應(yīng)用 用紡織復(fù)合材料制作的 潛水艇,表面沒有磁性,傳統(tǒng)的磁性水雷不會(huì)對(duì)其造成威脅;制作的導(dǎo)彈外殼,可以防止高速飛行時(shí)的過熱熔融。此外,三維編織增強(qiáng)復(fù)合材料還應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)器械、機(jī)械系統(tǒng)、電器、造船及民用建筑等眾多領(lǐng)域。 圖 13 蜂窩結(jié)構(gòu) 圖 14 蜂窩織物經(jīng)向結(jié)構(gòu)圖 [1] 三維編織復(fù)合材料 編織是第一個(gè)用于制造三維復(fù)合材料預(yù)形件的紡織工藝。三維正交織物的纖維含量高,利用滲透法可達(dá) 6570%,減少了樹脂用量和應(yīng)用對(duì)象的總重。同時(shí),這種類型的復(fù)合材料在幾乎連續(xù)的平直纖維中,比各自“傳統(tǒng)”類型的三維聯(lián)鎖編織復(fù)合材料顯示出更好的面內(nèi)剛度和強(qiáng)度性能 [15]。 posite materials。最重要的是該結(jié)構(gòu)有一組厚度方向的捆扎紗,克服了一般層壓板復(fù)合材料的分層問題,受沖擊后不易損傷,機(jī)械連接孔和幾何形狀突變處的強(qiáng)度無顯著下降,由于具有整體性能好,力學(xué)結(jié)構(gòu)合理,高的損傷容限和顯著的抵抗裂紋擴(kuò)展的能力及可設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn),在對(duì)結(jié)構(gòu)重量及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求高的航空航天領(lǐng)域里和對(duì)整體性、抗沖擊 性要求較高的海軍艦船殼武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 3 體上有良好的應(yīng)用前景。由于采用兩個(gè)系統(tǒng)的紗線構(gòu)成,顯然,該類三維織物可以在普通織機(jī)上織制 [2]。 三維紡織增強(qiáng)預(yù)制件 的發(fā)展在于它的制造問題和力學(xué)性能優(yōu)于 傳統(tǒng)的二維層合板結(jié)構(gòu)。再加上三維紡織復(fù)合材料成本低且質(zhì)量輕,在高速艇的建造上,如海關(guān)緝私艇、救災(zāi)用沖鋒舟、海岸巡邏艇等也必須采用這樣的高性能材料來實(shí)現(xiàn)船體的減重 [12]。而三維編織復(fù)合材料的模量可以設(shè)計(jì)。按下“啟動(dòng)”鍵,試樣開始拉伸,直至斷裂。但也不宜太短,否則織出的布樣太小,需多次穿紗,徒增工作量。由于接結(jié)紗是事先在繞線機(jī)上繞好的紗線,在穿綜過程中必定紗線張力不勻,此時(shí)應(yīng)解開經(jīng)軸上的接結(jié)紗,同織造端一樣,將紗線梳理順暢,重新打結(jié)捆綁。但為了減少紗線間的摩擦,并使得紗線分的更加清晰,在每一豎列襯墊紗之間隔一根綜絲。 縫合層數(shù)的選擇 用游標(biāo)卡尺測(cè)量經(jīng)向接結(jié)三維正交織物、緯向接結(jié)三維正交織物厚度和單層平紋布厚度如表 31 所示。 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 21 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 表 33 三種織物拉伸斷裂強(qiáng)力數(shù)據(jù)結(jié)果 (單位: N) 名稱 /編號(hào) 1 2 3 平均值 經(jīng)向接結(jié) 緯向接結(jié) 平紋縫合 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 22 4 實(shí)驗(yàn) 結(jié)果與討論 三維織物強(qiáng)度理論公式 北京航空航天大學(xué)燕瑛教授在其《紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料強(qiáng)度性能的研究》一文中推導(dǎo)出了織物強(qiáng)度的公式 [14],其基本過程如下: 沿受載方向纖維的屈曲程度對(duì)紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的承傳力能力起決定性的作用,用屈曲系數(shù)來表征纖維的屈曲程度。 由于紡織復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有多樣化與復(fù)雜化的特點(diǎn),所以影響力學(xué)性能的因素也多。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。人工提綜開口效率極低,若采用圖 51 中的裝置進(jìn)行打緯織造,可以從很大程度上提高打緯效率。 夾裝試樣。綜上,筆者采用了圖 312b,即改進(jìn)后的鎖式縫合。接結(jié)紗交織一次后保持不變,待每層襯墊紗 之間都打過一次緯后再進(jìn)行一次交織綁定,然后開始下一個(gè)循環(huán)。又由于襯墊紗過多(每筘 10 根),筘齒過密,導(dǎo)致打緯極其困難。粘透明膠的目的是防止雙面膠粘性大、強(qiáng)力小,粘上后不易撕下,損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備。 ? 儀器 溫州大榮紡織儀器有限公司生產(chǎn)的 YG(B)021DX 單紗拉伸斷裂強(qiáng)力儀。它的發(fā)展將對(duì)挽救生命、提高人類生活質(zhì)量方面創(chuàng)造巨大的社會(huì)效益。通過取消多零件組件和金屬緊固件來提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)的減重效率,為先進(jìn)復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的大量應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)減重目標(biāo)提供有效途徑。總的看來,三維機(jī)織復(fù)合材料在 20 世紀(jì)八十年代以前研究進(jìn)展緩慢。并且織物裁剪和縫合都能自動(dòng)化和連續(xù)操作。其中,機(jī)織三維立體織物在三維紡織復(fù)合材料中占有相當(dāng)?shù)谋戎?。本文采用不同的織?方式 —— 經(jīng)向接結(jié)、緯向接結(jié)、縫合連接來 織造三維織物, 探討不同織造方式引起的不同的紗線屈曲 、纖維取向、纖維體積分?jǐn)?shù)、織物密度等對(duì)三維紡織預(yù)制件的力學(xué)性能的影響,給今后三維紡織預(yù)制件的制造提供一定的參考。 本文首先簡(jiǎn)要介紹了三維復(fù)合材料特性以及發(fā)展?fàn)顩r,以及試驗(yàn)所需的三維正交織物的制備過 程,然后描述了試驗(yàn)試樣拉伸強(qiáng)力的測(cè)試,最后引出燕瑛教授的理論模
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