纤维缠绕工艺试验
纤维缠绕工艺是复合材料中具特性的一种成型工艺方法，它的核心和重点是排纱技术，本次实验课的训练重点也是排纱，兼顾网格理论强度分析。纤维产然是一束纤维纱成扁带状排布，且连续不断，因面在实验安排上应与实验1中丝束试验和实验12中NOL环试验联系在一起。
一、实验目的
1、了解纤维缠绕工艺的基本特点，熟悉缠绕规律并学会缠绕线型的调试方法；
2、观察纤维在轴对称模具上的分布状态，结合网格理论的强度分析，加深对纤维缠绕件结构特点的认识；
3、通过纤维缠绕容器的内压试验操作，以实际数据校核网格理论的准确性。
二、实验内容
1、轴对称带曲面封头的纤维缠绕芯模制作；
2、按网格理论设计内压数据和产然参数，根据纤维缠绕规律与成型调试进行实际缠绕工艺操作；
3、内胎制作和内压爆破试验。
三、实验原理
纤维缠绕式连续纤维复合材料的特殊成型工艺。纤维缠绕结构的形状通常是轴对称的封闭面主体形状，连续纤维均匀地按一定规律地排布在芯模的表面上，树脂固化后就形成一个复合材料壳。这种壳式结构包括管、罐、球等，通常它们都是耐内压的结构，在内压工作状态下，所有壳体上的纤维都处于被拉伸的应力状态，充分发挥了连续纤维复合材料的高抗拉强度的优点。所以说，纤维缠绕结构式能体现复合材料优点的一种复合材料制品。纤维缠绕成型工艺的重要性亦体现在此。
采用水压试验直至纤维缠绕壳爆破，可观察到结构形状与结构强度薄弱点之间的关系。
四、实验仪器和器材[-page-]
1、纤维缠绕机；
2、芯模轴，形状刮板，麻绳、石膏等；
3、水压力泵、乳胶片或囊、施压连接头和耐压管等。
纤维缠绕机的结构示意如图8-1所示。它由四部分组成；主轴转动部分带动芯模转动、沿芯模轴向螺旋缠绕部分、环向缠绕的丝杠传动部分，这些都由齿轮A、B、C、D、Z1、Z2、Z3、Z4部分调节。水压泵由进水阀、加压泵活塞和计压表、出水管等组成。电动泵和手摇泵基本原理一样。
五、实验步骤
1、轴对称曲面封头的芯模制作
（1）取一头粗一头细带台阶式钢铁轴一根，表面涂上薄薄一层黄油。
（2）根据事先预定的形状、长度和直径在岗州上绕上草（麻）绳，绕的方法要保证麻绳头固定不散而又能在后续脱模工序中抽落下来，麻绳缠绕的厚度好使刮板间隙保证在10mm-20mm范围。这样刮石膏时不致很厚而使芯模质大，又不致石膏层很薄而使芯模经不起缠绕纱带的张力而破碎。
（3）如图8-2所示，将形状刮板固定在钢轴的两头而能绕钢轴旋转，取半水石膏粉（即石膏粉）调入水盆中，迅速搅匀，不应有块状物面成稀稠糊泥状，然后用勺将此石膏糊浇在麻绳上，同时不断地转动轴或刮板，使之形成一个表面光滑的轴对称的带曲面封头的芯模。
（4）石膏芯模需经晾干2-3天才能使用。[-page-]
2、纤维缠绕操作和线型调试
（1）根据芯模的基本尺寸确定缠绕线型；已知的参数为芯模大直径D、极孔直径d、圆柱段长度L、两头的对称曲面封头的轴方向的封头高Lt，选择的纤维束纱片（或称为粗纱）宽度b、缠绕容器的耐压设计数p，分别按公式计算以下参数；
(4)确定纵向层数和环向层数的层次序分配，要明确列出先后顺序，并在操作中执行。[-page-]
（5）配制树脂，装好纱团，按列好的纵环先后次序开始缠绕，一直进行到全部缠完。
（6）观察纱带的排布情况，环向是按丝杠螺距宽度排纱，纵向是按速比微调△i排纱。
（7）缠绕完成后，将缠绕件加热升温固化，并不断旋转，以免流胶。注意芯模的热容量以及潮湿等原因，要适当延长固化时间，否则，将会固化不完全。
（8）脱模。将钢轴由小头向粗头方向敲出来，然后从轴孔将麻绳头取出并抽出所有麻绳，后轻缓并小心将石膏壳弄碎并掏出来。纤维缠绕壳都比较薄，注意
别使壳受损。
3、内胎制作和水压爆破试验
（1）按芯模外形（也即纤维缠绕壳内腔形）尺寸用乳胶片剪裁并用橡胶水粘连成一个可用水密封的内胎，内胎具有一进水嘴，靠金属接头与高压泵加压水管相连接。
（2）将乳胶内胎从缠绕壳极孔放入壳内，摆正位置后将壳一极孔用金属螺纹联接件堵死，再将内胎装满自来水。
（3）将试验件用钢带夹固定，以免内压爆破时飞起造成损害。
（4）按图8-3所以将试件与高压泵加压水管相连，注意密封不漏水。
（5）需要测缠绕壳变形的，此时可在试件上沾好应变片，并与应变仪相连。
（6）先加初压1MPa,检查和调整试验装置，使其处于正常状态，卸压，人员远离试件。
（7）按GB6058-85规定，加压速度为每分钟8MPa-10MPa,直至缠绕壳破坏，记录破坏压力和破坏情况。
（8）按网格理论的基本假定；[-page-]
A、在内压容器中，只有纤维承受载荷作用，而基体的承载能力忽略不计；
B、纤维只承受向载荷，且每根纤维束的承载能力相同。
对壳体设计强度进行校核并讨论其差别。参照GB6058-85提供的强度计算公式。
环向纤维的强度按式（8-1）和（8-2）为：
