環形氣瓶纏繞的纖維軌跡分析

       通過討論環形曲面上的測地線，對環形氣瓶纖維纏繞規律和線型進行了分析，對于纏繞成型工藝的開發、推廣與應用有著現實的意義。

       纖維纏繞成型作為高性能結構復合材料制造中廣泛應用的技術，其成型制品的比強度和比剛度高、重量輕，更重要的是制品隔熱、耐腐蝕，這正是纖維纏繞(FW)技術的固有特長。由于纏繞成型工藝生產效率高、成本低、易于實現機械化和自動化生產，可廣泛應用于航空、航天、化工、能源及體育運動等領域。

       隨著計算機控制系統在纖維纏繞機中的應用，對于圓柱體、簡體、錐體、球體和某些正曲率回轉體制品的纏繞路徑設計相對容易，已有不少研究者對其纖維纏繞規律進行了研究。隨著對FRP復合材料結構需求的增長，非軸對稱物體的纖維纏繞產品應用越來越多，主要是異形管道的配件——彎管和T形管以及雙向彎曲的構件如整個圓環面、環殼表面等。在非軸對稱物體的纖維纏繞過程中，計算機輔助軌跡設計比較困難，這是由于非軸對稱物體的結構非常復雜。而纖維軌跡的計算必須非常精確，不僅要求纖維軌跡要有良好的幾何性質，如要求纖維能均勻布滿芯模表面，相鄰軌跡基本平行和回頭自然等，還要求它們滿足相應的機械約束，如不打滑、不架橋、厚度均勻、穩定性好等。由此可見，其纏繞軌跡設計的難度比軸對稱物體要大得多。

       如今復合材料纏繞環形氣瓶的應用日益廣泛，目前主要應用于航空及航天系統動力氣瓶、生命維持系統如消防呼吸器等氧氣瓶。尤其是112或1/4圓環纖維纏繞產品的生產方法，國內研究相對較少。

       本文對環形氣瓶纏繞線型軌跡進行了分析，以作為產品結構強度設計的依據，同時也對纏繞機的運動控制提供了依據，從而有助于對環形氣瓶纖維纏繞技術進行更深入的研究。

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