左睿奇，李 博,*，楊 軍，王 霞，張鶴宇

（1.北京長城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所，北京 100095；2.北京理工大學(xué) 光電學(xué)院，北京 100081）

0 引言

在復(fù)合材料成型工藝中，纖維纏繞技術(shù)開發(fā)最早且生產(chǎn)效率高，其相關(guān)制品具有比強(qiáng)度高和比模量高、耐高溫、可靠性高等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈、機(jī)槍槍架、火箭發(fā)射筒等軍用裝備，以及發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、燃料膽箱、飛機(jī)副油箱等航空航天產(chǎn)品。

纏繞成型過程中，纖維張力的準(zhǔn)確測(cè)量和控制是保障復(fù)合材料制品機(jī)械性能、生產(chǎn)效率和良品率的重要條件，而材料拉伸、機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的張力波動(dòng)對(duì)動(dòng)態(tài)張力校準(zhǔn)與測(cè)量精度提出了更高要求。目前，國外針對(duì)高端制造的纖維纏繞設(shè)備與技術(shù)對(duì)我國實(shí)行禁運(yùn)。在柔性體張力計(jì)量領(lǐng)域，可查到的研究成果有針對(duì)電機(jī)定子齒形線圈建立的纏繞張力解析模型[1]，通過Ident 參數(shù)辨識(shí)方法擬合的纖維纏繞動(dòng)態(tài)張力模型[2]等，但未找到張力專用測(cè)量與校準(zhǔn)裝置相關(guān)研究的公開資料，考慮測(cè)量裝置與被測(cè)對(duì)象耦合影響的研究成果也鮮有披露。我國的張力測(cè)量模型研究集中于接觸式紗線張力傳感器[3]，對(duì)纖維張力控制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究具有一定啟發(fā)意義[4]，然而缺少針對(duì)張力傳感器的專業(yè)校準(zhǔn)設(shè)備和方法，僅有少數(shù)懸臂梁式張力傳感器可以在力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)上進(jìn)行靜態(tài)校準(zhǔn)，大多數(shù)滾輪式、導(dǎo)輥式張力傳感器處于無法校準(zhǔn)的狀態(tài)，故亟需填補(bǔ)張力傳感器校準(zhǔn)設(shè)備與方法研究的空白。

本文從纖維纏繞張力校準(zhǔn)技術(shù)的應(yīng)用需求出發(fā)，以理論分析為基礎(chǔ)進(jìn)行張力校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；隨后通過虛擬樣機(jī)剛?cè)狁詈辖ＥcADAMS 動(dòng)力學(xué)仿真，優(yōu)化尺寸參數(shù)并驗(yàn)證理論模型的可靠性，旨在為開展纖維纏繞張力在線校準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)。

1 校準(zhǔn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)張力分析

1.1 張力校準(zhǔn)裝置工作原理

要研制針對(duì)纖維纏繞張力的校準(zhǔn)裝置，首先需理解纖維纏繞的工藝原理，通過對(duì)纖維纏繞系統(tǒng)的分析，確定纖維動(dòng)態(tài)張力校準(zhǔn)的基本原理和校準(zhǔn)裝置基本結(jié)構(gòu)，建立動(dòng)態(tài)張力與其他標(biāo)準(zhǔn)量的聯(lián)系。

纖維纏繞的工藝原理為[5]：通過芯模和噴嘴的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在控制系統(tǒng)的作用下將浸漬樹脂的連續(xù)纖維按給定張力規(guī)律纏繞在芯模表面，再經(jīng)過室溫固化或加熱固化制成有固定形狀的制品。

而纖維張力動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)系統(tǒng)就是通過輸入標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)力模擬纖維纏繞裝置上的真實(shí)張力波動(dòng)，通過三點(diǎn)彎曲測(cè)量結(jié)構(gòu)[6]復(fù)現(xiàn)在線張力測(cè)量環(huán)節(jié)，將纖維纏繞運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為重物的近似正弦振動(dòng)，從而通過量值溯源實(shí)現(xiàn)對(duì)張力傳感器的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)及測(cè)量誤差分析。比較纖維纏繞系統(tǒng)與校準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 纏繞系統(tǒng)與校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)比Fig.1 Structure comparison of winding system and calibration system

在張力校準(zhǔn)系統(tǒng)中，纖維帶一端與振動(dòng)臺(tái)固連，一端與重物（標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量塊）綁定，啟動(dòng)前，纖維帶內(nèi)預(yù)張力與重物重力平衡；啟動(dòng)后，振動(dòng)臺(tái)正弦激振，帶動(dòng)纖維帶縱向振動(dòng)，纖維帶依次繞過3 個(gè)定滑輪使重物振動(dòng)，滑輪隨纖維帶繞軸心往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，張力傳感器安裝在中間滑輪處，測(cè)量動(dòng)態(tài)張力。

根據(jù)牛頓第二定律，理想情況下整根纖維帶上各點(diǎn)處的張力相等，均可簡化表示為

式中：m為重物的質(zhì)量，可溯源到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；a為重物上表面的運(yùn)動(dòng)加速度，可以按照加速度原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，通過激光干涉系統(tǒng)測(cè)量并實(shí)現(xiàn)溯源。通過這種方法，動(dòng)態(tài)張力可以溯源到質(zhì)量、長度和時(shí)間這3 個(gè)國際單位制基本單位，初步建立起校準(zhǔn)所需的量值溯源路徑。

然而，實(shí)際測(cè)量中，必然存在材料形變、摩擦及環(huán)境影響等非理想因素，需進(jìn)一步分析并建立測(cè)量點(diǎn)處的動(dòng)態(tài)張力方程，故將張力校準(zhǔn)系統(tǒng)分為纖維帶、纖維帶?滑輪?軸承耦合結(jié)構(gòu)以及測(cè)量結(jié)構(gòu)，并對(duì)各部分的張力分別進(jìn)行理論分析。

1.2 動(dòng)態(tài)張力理論方程

考慮到3 個(gè)滑輪之間纖維帶跨度較小，且存在預(yù)張力，可忽略該段纖維帶形變對(duì)張力的影響；懸垂段張力在纖維帶上的分布為

式中：λ為纖維帶線密度；l為纖維帶懸垂段長度；k0為加速度修正因子，通過實(shí)驗(yàn)獲得；g為重力加速度。

當(dāng)張力校準(zhǔn)系統(tǒng)產(chǎn)生正弦激振時(shí)，纖維帶各個(gè)微段均做某方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這一過程近似于纏繞系統(tǒng)放卷輥啟停的過渡態(tài)：纖維帶開始運(yùn)動(dòng)時(shí)要能夠帶動(dòng)滑輪旋轉(zhuǎn)，通過張力變化實(shí)現(xiàn)滑輪的角加速旋轉(zhuǎn)；纖維帶反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，改變滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向也需要張力變化來提供能量。因此要研究滑輪?軸承?軸結(jié)構(gòu)對(duì)張力波動(dòng)的影響。單滑輪與纖維帶的截面如圖2 所示，圖中：；r0、r1和r2分別為滑輪軸、軸承和滑輪的外半徑；F1和F2分別為繞進(jìn)和繞出該滑輪兩端的纖維帶張力。

圖2 纖維帶?滑輪?軸承截面示意Fig.2 Cross section diagram of fiber band-pulley-bearing

其中，滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量引起的張力波動(dòng)為

式中：J為滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ωo為滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，通過纖維線加速度計(jì)算；N為滑輪軸數(shù)；Wz為滑輪軸長度；ρz為滑輪材料密度；az為滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)加速度。

由式(3)可見，張力波動(dòng)值與重物上表面加速度、滑輪軸數(shù)和軸質(zhì)量等參數(shù)成近似正比關(guān)系，滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增加將使張力波動(dòng)大幅增加，因此，滑輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是張力校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。另外，還需考慮滾動(dòng)軸承摩擦力矩

式中：μb為軸承摩擦系數(shù)；Fb為軸承載荷。

在校準(zhǔn)系統(tǒng)中，軸承受纖維帶傳遞的壓力遠(yuǎn)大于橫向振動(dòng)產(chǎn)生的軸向力，故可通過滑輪兩側(cè)纖維帶上張力計(jì)算軸承載荷，建立力矩平衡方程ΔFbi=μbr0[Fi1cosαi1+Fi2cosαi2±Gb]/r2，計(jì)算得出軸承摩擦引起的動(dòng)態(tài)張力。以三點(diǎn)彎曲張力測(cè)量處的中間滑輪為例，

式中：Gb為滑輪、軸承外圈及其他配件等轉(zhuǎn)動(dòng)部件的總重，當(dāng)張力分量Fi1cosαi1與重力方向一致時(shí)，Gb前取正號(hào)；i為軸承所在軸標(biāo)號(hào)，取1～N，N為滑輪軸數(shù)量；α為纏繞包角，αi1為張力Fi1方向與鉛垂線的銳角夾角，αi2為張力Fi2方向與鉛垂線的銳角夾角。

最后，考慮纖維帶與滑輪間的庫侖摩擦力。在滑輪跟隨纖維帶平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，接觸面處只需考慮靜摩擦力；而在高頻振動(dòng)的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)中，滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向頻繁改變使得纖維帶容易發(fā)生打滑，在臨界摩擦狀態(tài)取對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角dθ的纖維微段進(jìn)行分析，如圖3所示。

圖3 纖維微段受力分析Fig.3 Stress analysis of fiber microsegment

式中Fr為穩(wěn)態(tài)時(shí)纖維帶內(nèi)的張力。對(duì)于由靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)的纏繞系統(tǒng)，F(xiàn)r=F(l)即為纖維帶的預(yù)張力。由機(jī)理分析過程可知，纏繞包角α越大，穩(wěn)態(tài)時(shí)纖維帶內(nèi)張力越大，則越容易產(chǎn)生較大張力波動(dòng)。

結(jié)合以上分析，得到校準(zhǔn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)張力理論方程為

式(8)建立了張力測(cè)得值和其他標(biāo)準(zhǔn)量、可測(cè)量值的關(guān)系，等式右邊的待測(cè)量值中：重物加速度隨時(shí)間變化，可用已校準(zhǔn)的加速度計(jì)或外差式干涉儀[7]測(cè)量；重物質(zhì)量可通過標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量塊組調(diào)節(jié)；其余常量在單次實(shí)驗(yàn)中保持不變。由此可獲得動(dòng)態(tài)張力的測(cè)量模型。

2 校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)及剛?cè)狁詈夏Ｐ?/h2>

2.1 張力校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)

在張力校準(zhǔn)裝置基本結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)張力機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，考慮張力傳感器、加速度傳感器安裝位置及振動(dòng)臺(tái)外形尺寸，進(jìn)行張力校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)，并根據(jù)初步設(shè)計(jì)結(jié)果建立ADAMS 虛擬樣機(jī)模型，通過剛?cè)狁詈夏Ｐ偷膭?dòng)力學(xué)仿真進(jìn)一步優(yōu)化裝置尺寸參數(shù)及結(jié)構(gòu)。

張力校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)裝置如圖4 所示，考慮到纖維帶與滑輪包角帶來的影響，以及機(jī)械加工精度，為定滑輪擬定了5 種定位尺寸。設(shè)纖維帶從左至右依次繞過滑輪1～5，影響三點(diǎn)彎曲法張力測(cè)量結(jié)果的最主要尺寸參數(shù)是滑輪2 與滑輪4 安裝軸軸線的水平間距，通過剛?cè)狁詈夏Ｐ涂纱_定最佳水平間距，以使滑輪2、滑輪4 之間纖維帶柔性變形對(duì)張力值的影響最小為優(yōu)。

圖4 動(dòng)態(tài)張力校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)裝置Fig.4 Experimental device for fiber dynamic tension calibration

待確定的張力校準(zhǔn)裝置參數(shù)為圖4 中滑輪2與滑輪4 安裝軸軸線的水平間距。根據(jù)裝置結(jié)構(gòu)和機(jī)械加工精度，水平間距可選擇390.000 mm、504.115 mm、618.230 mm、774.115 mm 或930.000 mm，因此需通過仿真控制變量分析改變水平間距對(duì)張力波動(dòng)與誤差的影響，以確認(rèn)最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

柔性體的高頻激振是通過正弦力法校準(zhǔn)張力傳感器的主要技術(shù)難點(diǎn)，應(yīng)確定振動(dòng)臺(tái)的最佳工作頻率及纖維帶內(nèi)張力范圍，通過仿真分析確定該裝置的最佳工作狀態(tài)，即在何種狀態(tài)下系統(tǒng)內(nèi)能產(chǎn)生可測(cè)得的動(dòng)態(tài)張力，是否可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，并據(jù)此確定測(cè)量方案。

2.2 ADAMS 剛?cè)狁詈夏Ｐ偷慕?/h3>

為實(shí)現(xiàn)對(duì)校準(zhǔn)裝置的仿真分析，需進(jìn)行虛擬樣機(jī)簡化建模，其中：滑輪、重物可視為近似剛體；振動(dòng)臺(tái)可應(yīng)用位移輸入或力輸入模擬；而纖維帶因其材料特有的彈性特性必須作為柔性體引入剛性系統(tǒng)。這就需要解決復(fù)雜的柔性連續(xù)體建模及多體系統(tǒng)剛?cè)狁詈霞s束問題。

目前已有的建模方法有：1）由ANSYS 向動(dòng)力學(xué)仿真軟件導(dǎo)入MNF 模態(tài)中性文件[8]，此方法必須設(shè)置剛?cè)狁詈线B接節(jié)點(diǎn)，而帶狀纖維與滑輪的面面接觸必然導(dǎo)致仿真分析失敗；2）基于ADAMS/Cable 模塊將繩索離散成小球進(jìn)行柔性體建模[9]，此方法無法靈活調(diào)整為帶狀模型；3）基于ADAMS/Bushing 的柔性體建模，該方法近年被應(yīng)用于鋼絲繩提升多體系統(tǒng)的建模，原理是手動(dòng)將鋼絲繩離散為微元再進(jìn)行建模[10]，小單元之間添加六自由度軸套力（Bushing）關(guān)聯(lián)。綜合本研究的仿真需求選定方法3，外部編程導(dǎo)入CMD 文件輔助建模。

實(shí)際上，方法3 尚未被應(yīng)用于鋼絲繩以外柔性材料的建模。本研究在剛?cè)狁詈辖Ｖ薪鉀Q了2 個(gè)難題：1）纖維帶微段立方體模型的定位；2）在高頻振動(dòng)仿真中使剛體滑輪跟隨柔性連續(xù)體往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

通過設(shè)置MARKER 點(diǎn)的方式標(biāo)記纖維帶截面中心點(diǎn)，由此構(gòu)成定位坐標(biāo)，應(yīng)用bend 命令使纖維帶繞過該點(diǎn)所在軸線彎折，如圖5 所示。由于尺寸精度均在10-9mm 量級(jí)，且兩微段間相互滲透體積較小，可通過ADAMS 建模檢查，不影響運(yùn)動(dòng)仿真。

圖5 纖維帶彎折建模Fig.5 Modeling of fiber band bending

綜合應(yīng)用基于碰撞函數(shù)的Contact 法以及Revolute joint 旋轉(zhuǎn)副，減弱了纖維帶與滑輪在仿真開始（釋放）瞬間的碰撞，使得滑輪易于跟隨纖維帶的運(yùn)動(dòng)，特別是提升了高頻正弦激振下仿真解算的成功率，最終完成了校準(zhǔn)裝置ADAMS 剛?cè)狁詈夏Ｐ偷慕?，如圖6 所示，左側(cè)圓柱體為標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量塊，右側(cè)纖維帶下端連接啞物體小球便于模擬振動(dòng)臺(tái)作用力。

圖6 纖維動(dòng)態(tài)張力校準(zhǔn)裝置剛?cè)狁詈夏Ｐ虵ig.6 Rigid-flexible coupling model of fiber dynamic tension calibration device

仿真前，要考慮的首要問題是纖維帶約束方案，即外載荷的輸入位置，需通過仿真確定哪種實(shí)驗(yàn)方案易于實(shí)現(xiàn)纖維帶的高頻振動(dòng)。可選方案包括：

方案1——纖維帶一端與重物相連，重物懸空；纖維帶另一端與振動(dòng)臺(tái)綁定，從右至左通過振動(dòng)臺(tái)面的位移帶動(dòng)纖維帶?滑輪?重物運(yùn)動(dòng)。

方案2——纖維帶一端與重物相連，重物通過彈簧與地面相連；纖維帶另一端與振動(dòng)臺(tái)綁定，從右至左通過振動(dòng)臺(tái)面的位移帶動(dòng)纖維帶?滑輪?重物運(yùn)動(dòng)。

上述方案中，若要實(shí)現(xiàn)量值溯源，須采用方案1進(jìn)行仿真及實(shí)驗(yàn)；但在實(shí)際測(cè)量中，由于柔性體高頻振動(dòng)時(shí)，張力和加速度將沿纖維帶衰減，難以在較遠(yuǎn)端測(cè)得加速度，故采用方案2，在振動(dòng)過程中保證纖維帶始終張緊，整個(gè)多體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)可視為近似剛體系統(tǒng)，拓寬實(shí)驗(yàn)頻率范圍。

3 動(dòng)力學(xué)仿真

通過仿真模型調(diào)整和邊界條件設(shè)置進(jìn)行張力校準(zhǔn)仿真，并依據(jù)仿真結(jié)果對(duì)張力校準(zhǔn)裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在優(yōu)化后的裝置仿真模型基礎(chǔ)上驗(yàn)證動(dòng)態(tài)張力測(cè)量模型。

3.1 張力校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在重物端連接彈簧，并將彈簧與地面連接，每隔10 個(gè)微元段取點(diǎn)測(cè)纖維帶內(nèi)張力，在正弦力波峰處取點(diǎn)，如圖7 所示，各段內(nèi)張力差值不超過0.05 N。該方案顯著降低了纖維帶彈性形變對(duì)內(nèi)張力的影響，仿真結(jié)果更為理想。

圖7 210 N 內(nèi)張力沿纖維帶懸垂方向的變化Fig.7 Variation of tension in 210N along the drape direction of the fiber band

根據(jù)2.1 節(jié)中的結(jié)構(gòu)參數(shù)，改變模型中滑輪的水平間距，對(duì)不同纖維帶?滑輪包角進(jìn)行微段劃分，選取左端滑輪右出繩微段與中間滑輪左入繩微段，控制時(shí)間變量，分析二者在纖維帶軸向上的最大張力差值，得到該張力差值隨滑輪軸水平間距的變化關(guān)系如圖8 所示。

圖8 張力差與滑輪水平間距的關(guān)系Fig.8 Tension difference vs.horizontal spacing of pulley

滑輪軸水平間距同時(shí)影響著纖維帶與3 個(gè)滑輪之間的包角，隨著水平間距的增大，纖維帶與滑輪之間包角減小，與滑輪間摩擦力下降，存在打滑風(fēng)險(xiǎn)；此外，纖維帶跨度的增大也增加了張力波動(dòng)，故當(dāng)水平間距過大時(shí)，3 點(diǎn)間張力差值將大幅增加。理論測(cè)量模型與仿真結(jié)果互為驗(yàn)證，故選取水平間距為390.000 mm 的設(shè)計(jì)參數(shù)，縮短繞過全部滑輪的纖維帶長度，并進(jìn)一步提高裝置結(jié)構(gòu)的緊湊性。至此通過仿真分析實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)方案和校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

3.2 測(cè)量模型驗(yàn)證

在重物質(zhì)心位置測(cè)量加速度，在與中間滑輪接觸的纖維帶中點(diǎn)微段質(zhì)心處測(cè)量張力，模擬實(shí)際張力校準(zhǔn)中重要參數(shù)（加速度）的測(cè)量，得到纖維帶張力?時(shí)間、重物加速度?時(shí)間曲線（如圖9 所示），可見，在較低頻率（10 Hz）下，系統(tǒng)可以很好地響應(yīng)振動(dòng)臺(tái)輸入的正弦激振力。

圖9 10 Hz 下重物加速度/纖維帶張力?時(shí)間曲線Fig.9 Weight acceleration/fiber band tension vs.time at 10 Hz

修改控制振動(dòng)的位移輸入?yún)?shù)，當(dāng)重物質(zhì)量較小、激振頻率較低時(shí)，重物及纖維帶下端存在較明顯的橫向擺動(dòng)，可見纖維帶預(yù)緊力、張力不足時(shí)橫向振動(dòng)影響較大。

輸入正弦力F=10sin(2π·1000t)，將激振頻率提升至1000 Hz，振幅20 N，輸出的纖維帶張力?時(shí)間、重物加速度?時(shí)間曲線如圖10 所示。在高頻激勵(lì)下，結(jié)合時(shí)域信號(hào)與頻譜分析，仍有張力輸出，但其幅值較小，主要由于纖維材料剛度不足導(dǎo)致能量傳遞存在耗散。在實(shí)際生產(chǎn)中，張力傳感器使用的頻率范圍多在數(shù)百Hz 以下，本研究設(shè)計(jì)的張力校準(zhǔn)裝置可以實(shí)現(xiàn)1000 Hz 以下正弦激勵(lì)發(fā)生，滿足大多數(shù)情況的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)需求。

圖10 1000 Hz 下重物加速度/纖維帶張力?時(shí)間曲線Fig.10 Weight acceleration/fiber band tension vs.time at 1000 Hz

在振動(dòng)頻率100 Hz 正弦輸入力、懸掛10 kg 砝碼工況下，將ADAMS Postprocessor 輸出的仿真數(shù)據(jù)導(dǎo)入MATLAB，與依據(jù)1.2 節(jié)理論方程算得的張力?時(shí)間曲線對(duì)比，如圖11 所示?？梢姡呵?.7 s 內(nèi)，由于重物重力瞬間加載，纖維帶測(cè)力位置張力不能及時(shí)響應(yīng)，理論計(jì)算與仿真模型測(cè)量的動(dòng)態(tài)張力值間存在較大偏差；0.7 s 后達(dá)到穩(wěn)態(tài)，理論計(jì)算與仿真模型測(cè)量的動(dòng)態(tài)張力值趨于完全一致，驗(yàn)證了張力校準(zhǔn)系統(tǒng)測(cè)量模型的合理性。

圖11 校準(zhǔn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)張力仿真模型測(cè)量與理論計(jì)算值比較Fig.11 Comparison of dynamic tension simulation model measurement and theoretical calculation of the calibration system

4 結(jié)束語

本文通過理論分析與仿真實(shí)驗(yàn)的相互印證，完成了纖維動(dòng)態(tài)張力校準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，確定了可應(yīng)用于校準(zhǔn)系統(tǒng)的測(cè)量模型，實(shí)現(xiàn)了理論、仿真分析結(jié)果對(duì)實(shí)測(cè)方案的指導(dǎo)，為纖維纏繞動(dòng)態(tài)張力的在線校準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。

縱覽已有分析結(jié)果，滑輪結(jié)構(gòu)帶來的張力波動(dòng)可能成為實(shí)測(cè)中的主要誤差來源；此外，過渡態(tài)下動(dòng)態(tài)張力的大幅變化，提示了纖維帶橫向偏擺振動(dòng)的可能影響，在未來的實(shí)驗(yàn)研究中應(yīng)予重點(diǎn)關(guān)注。