环形气瓶缠绕的纤维轨迹分析

       通过讨论环形曲面上的测地线，对环形气瓶纤维缠绕规律和线型进行了分析，对于缠绕成型工艺的开发、推广与应用有着现实的意义。

       纤维缠绕成型作为高性能结构复合材料制造中广泛应用的技术，其成型制品的比强度和比刚度高、重量轻，更重要的是制品隔热、耐腐蚀，这正是纤维缠绕(FW)技术的固有特长。由于缠绕成型工艺生产效率高、成本低、易于实现机械化和自动化生产，可广泛应用于航空、航天、化工、能源及体育运动等领域。

       随着计算机控制系统在纤维缠绕机中的应用，对于圆柱体、简体、锥体、球体和某些正曲率回转体制品的缠绕路径设计相对容易，已有不少研究者对其纤维缠绕规律进行了研究。随着对FRP复合材料结构需求的增长，非轴对称物体的纤维缠绕产品应用越来越多，主要是异形管道的配件——弯管和T形管以及双向弯曲的构件如整个圆环面、环壳表面等。在非轴对称物体的纤维缠绕过程中，计算机辅助轨迹设计比较困难，这是由于非轴对称物体的结构非常复杂。而纤维轨迹的计算必须非常精确，不仅要求纤维轨迹要有良好的几何性质，如要求纤维能均匀布满芯模表面，相邻轨迹基本平行和回头自然等，还要求它们满足相应的机械约束，如不打滑、不架桥、厚度均匀、稳定性好等。由此可见，其缠绕轨迹设计的难度比轴对称物体要大得多。

       如今复合材料缠绕环形气瓶的应用日益广泛，目前主要应用于航空及航天系统动力气瓶、生命维持系统如消防呼吸器等氧气瓶。尤其是112或1/4圆环纤维缠绕产品的生产方法，国内研究相对较少。

       本文对环形气瓶缠绕线型轨迹进行了分析，以作为产品结构强度设计的依据，同时也对缠绕机的运动控制提供了依据，从而有助于对环形气瓶纤维缠绕技术进行更深入的研究。

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