涡轮叶盘预制体及其纤维体积分数工艺设计方法与流程

技术特征：
1.涡轮叶盘预制体，其特征在于，由预制体单元(4)叠层铺放再经z向穿刺缝合形成，预制体单元(4)包括中心叶盘(1)，中心叶盘(1)外围均匀布置有若干叶片(2)，中心叶盘(1)与叶片(2)衔接区域为齿根(3)；所述中心叶盘(1)、叶片(2)、齿根(3)结构均为由连续周向纤维(5)和放射状径向纤维交织而成的极性编织结构。2.根据权利要求1所述的涡轮叶盘预制体，其特征在于，所述周向纤维(5)由中心叶盘(1)盘体中心原点向四周螺旋发散，直至叶片(2)边缘，所述径向纤维包括初始径向纤维(6)和径向增补纤维(7)，所述初始径向纤维(6)成列自中心叶盘(1)盘体中心处放射状径向伸出，所述径向增补纤维(7)挂在盘绕半径逐渐增加的周向纤维(5)上并呈径向放射状伸出。3.根据权利要求1所述的涡轮叶盘预制体，其特征在于，所述中心叶盘(1)的径向纤维体积分数不大于周向纤维体积分数，所述齿根(3)的周向纤维体积分数和径向纤维体积分数相同，所述叶片(2)的周向纤维体积分数不大于径向纤维体积分数。4.如权利要求1-3所述涡轮叶盘预制体纤维体积分数工艺设计方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、根据涡轮叶盘预制体设计尺寸参数和纤维体积分数要求，分别计算出预制体单元(4)数量以及预制体单元(4)各部位的纤维体积、各部位周向纤维(5)长度用量和径向纤维长度用量；步骤2、根据步骤1得到的各部位的周向纤维(5)长度用量和径向纤维长度用量，分别计算预制体单元(4)各部位周向纤维排列密度和径向纤维的加纱工艺，即得到各部位纤维体积分数对应的纤维工艺设计参数。5.根据权利要求4所述的涡轮叶盘预制体纤维体积分数工艺设计方法，其特征在于，步骤1中，所述尺寸参数包括预制体单元(4)尺寸、各部位纤维体积分数、各部位的内径和外径，所述计算具体为，根据涡轮叶盘预制体厚度确定预制体单元(4)的数量，根据尺寸参数分别计算中心叶盘(1)、齿根(3)和叶片(2)的体积以及各部位的纤维体积，根据l＝v
纤
×
ρ/λ，其中λ为纤维的线密度，ρ为纤维的体密度，l为纤维长度用量，计算预制体单元(4)各部位的周向纤维(5)长度用量和径向纤维长度用量。6.根据权利要求4所述的涡轮叶盘预制体纤维体积分数工艺设计方法，其特征在于，步骤2中，各部位周向纤维排列密度计算方式为：记预制体单元(4)一部位的内径为r
内
，外径为r
外
，相邻两圈周向纤维间距γ，周向纤维(5)长度用量l
周
为每一圈周向纤维的长度总和，则此部位的l
周
＝2
×
π
×
r
内
2
×
π
×
(r
内
1
×
γ)
……
2
×
π
×
r
外
，根据上述公式，分别计算出预制体单元(4)各部位的周向纤维间距γ，再根据r
w
＝1/γ 1，分别计算得到各部位的周向纤维排列密度r
w
。7.根据权利要求4所述的涡轮叶盘预制体纤维体积分数工艺设计方法，其特征在于，步骤2中，所述径向纤维的加纱工艺具体计算为：2.1、将预制体单元(4)的一部位沿径向均分成n个区域，每个区域各加一次纱，第一个区域的初始径向纤维(6)记作第一次加纱，其余加纱纤维记作径向增补纤维7，则第n个区域为第n次加纱，计算加纱间距β：β＝(r
外-r
内
)
÷
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)则第n个区域的内边界线半径为：r
n
＝r
内
(n-1)
×
β
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)；
2.2、将加纱位置到外径r
外
之间的距离记为加纱长度l，第一次加纱长度l1＝r
外-r1，第n次加纱长度l
n
为：l
n
＝r
外-r
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)；2.3、记各区域内径向纤维根数n，加纱根数为c，径向纤维排列密度为r
j
，则第n个区域内的径向纤维根数n
n
为：n
n
＝2
×
π
×
r
n
×
r
j
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)则第n个区域的加纱根数c
n
为：c
n
＝n
n-n
n-1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)；2.4、径向纤维长度用量l
径
为：l
径
＝c1×
l1 c2×
l2
…
c
n
×
l
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)将式1、式2、式3、式5代入式6中，计算得到加纱间距β、区域个数n和径向纤维排列密度为r
j
，再将β值、n值r
j
值分别代入式3、式4、式5中，计算得到加纱长度l、径向纤维根数n和加纱根数c；2.5、重复2.1-2.4分别计算出预制体单元(4)各部位的加纱间距β、区域个数n、径向纤维排列密度r
j
、加纱长度l、径向纤维根数n和加纱根数c，即得到各部位径向纤维的加纱工艺。

技术总结
本发明公开的涡轮叶盘预制体，由预制体单元叠层铺放再经Z向穿刺缝合形成，预制体单元包括中心叶盘，中心叶盘外围均匀布置有若干叶片，中心叶盘与叶片衔接区域为齿根；中心叶盘、叶片、齿根结构为由连续周向纤维和放射状径向纤维交织而成的极性编织结构。本发明公开的涡轮叶盘预制体纤维体积分数工艺设计方法，根据纤维体积分数的技术要求分别确定涡轮叶盘各部位的径向纤维和周向纤维的长度用量，进一步确定周向纤维密度和径向加纱工艺，实现了满足特定体积分数要求的涡轮叶盘预制体的编织工艺设计，具有结构稳定，纤维承力性能优良的特点。点。点。


技术研发人员：张艺会 荆云娟 韦鑫 王海涛 尉寄望
受保护的技术使用者：陕西元丰纺织技术研究有限公司
技术研发日：2022.10.28
技术公布日：2022/12/9