椭圆极孔的线型设计方法

正常情况下，轴对称压力容器的两端开口为圆形极孔;特殊情况下，希望前封头极孔缠绕成椭圆极孔，后封头极孔缠绕成圆形极孔。如下图所示：

前封头-椭圆极孔 后封头-椭圆极孔

本文根据非轴对称芯模建模工具和IWIND非测地线算法，介绍椭圆极孔的线型设计方法。CADWIND高级功能，包括芯模编辑、落纱点轨迹编辑和运动轨迹编辑三部分。此案例需要了解容包括轴对称芯模文件格式、非轴对称芯模文件格式和非测地线可用缠绕角计算，软件操作步骤如下：

1. 应用圆形截面建模工具，建立圆形极孔芯模，确定工艺纱宽和缠绕角度;

2. 应用电子表格软件工具，建立椭圆极孔数据;

3. 应用椭圆截面建模工具，建立圆形极孔芯模，并替换相应椭圆极孔数据;

4. 应用软件非测地线算法，设置相应摩擦系数，进行线型设计。

1. 建立几何芯模

根据如下复合气瓶芯模几何尺寸，在软件中建立芯模文件，并保存。气瓶外径100mm*长度300mm,瓶口直径30mm*高度48.6mm(轴向椭圆轮廓/端口截面椭圆极孔-长轴直径46.341，短轴直径30)，瓶底直径30mm*高度50mm(轴向椭圆轮廓/端口截面圆形极孔)。

1.1.建立圆形截面芯模

首先，先应用圆形截面建模工具，建立圆形极孔芯模，测试适用工艺纱宽和缠绕角度;随后打开芯模文件，分析相应数据，提取端口截面椭圆极孔数据，如下：

建模步骤1-建立圆形截面芯模

建模步骤2-可行缠绕参数确定

根据上述可缠绕性测试，此案例芯模适用缠绕参数如下：工艺纱宽6mm，螺旋缠绕角度，可用缠绕角结合湿法缠绕摩擦系数应在非测地线稳定偏差角范围变动。 根据实际几何芯模尺寸，分析并确定前封头扩孔高度48.618时的椭圆截面极孔(长轴直径46.341，短轴直径30)。当然也可以通过CAD软件，直接建立非轴对称格式的芯模文件。

CADWIND轴对称芯模文件	几何数据说明
CADWIND CONTOUR DATA FILE MM 51 40 21 31 -50.000 30.000 -49.846 35.492 -49.384 40.950 -48.618 46.341 -47.553 51.631	扩孔高度50 扩孔直径30.000 扩孔高度49.846 扩孔直径35.492 扩孔高度49.384扩孔直径40.950 扩孔高度48.618扩孔直径46.341 扩孔高度47.553扩孔直径51.631

建模步骤3--轴对称芯模文件内容分析

1.2建立椭圆极孔曲线

接下来，应用电子表格软件工具，建立椭圆截面数据。扩孔高度48.618内圆形截面极孔为椭圆截面极孔，长轴直径46.341，短轴直径30。椭圆参数方程如下：

接下来，根据非轴对称芯模文件格式规范，建立相关截面的截面数据和截面曲线，数据如下：

建模步骤4--建立椭圆极孔曲线数据与图形

1.3建立椭圆截面芯模

接下来，应用椭圆截面建模工具，建立圆形极孔芯模，随后根据上述生成的椭圆极孔替代相应截面。

建模步骤5--建立椭圆截面芯模文件并替换相应截面数据

2.设计缠绕线型

接下来，应用软件IWND非测地线算法，设置相应摩擦系数，调整缠绕角，进行线型设计。根据以上参数可知，结合非测地缠绕理论，湿法缠绕摩擦系数一般取值在0.12左右，故此后封头可用缠绕角度应在21.5以下。

线型步骤1-调整缠绕参数并确定线型

3.应用结论

结论：此案例关键是了解轴对称芯模文件和非轴对称芯模文件的内容格式，并采用相关工具，正确地建立几何模型。

原文标题：技术短篇7-椭圆极孔线型设计

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审核编辑：汤梓红