CADWIND纤维缠绕工艺设计仿真软件

资料更新时间：2023年10月

CADWIND软件总体说明

CADWIND软件为比利时材料工程有限公司（MATERIAL）开发，是世界上广泛应用的纤维缠绕工艺设计模拟软件。最早的CADWIND软件版本发布于1990年，至今已经有近30年的软件应用历史。

CADWIND软件是一个集成CAD/CAM/CAE于一体的专业纤维缠绕工艺设计模拟系统。主要功能包括层合结构复合材料的材料设计、纤维缠绕线型设计、机床缠绕程序计算、缠绕产品的结构强度计算，真正实现了从材料到产品的全流程的设计仿真功能。它可以帮助用户实现不同铺层结构的复合材料刚度、强度、失效过程计算，提供不同缠绕线型设计分析功能，准确掌握纤维滑纱、纤维架空等可缠绕性工艺分析，了解缠绕角度和缠绕层厚度的分布情况；时时动态的缠绕过程机床动态仿真功能，避免机床运动干涉，提高缠绕效率和优化缠绕程序。

CADWIND适用的缠绕产品：软件适用于圆形截面的轴对称回转几何体缠绕制品（压力容器、瓶体、圆锥体、球体、直管）、非轴对称几何体缠绕制品（矩形截面和椭圆形截面直管、三类典型截面类型弯管、T形件）的纤维缠绕工艺设计。

CADWIND适用的缠绕机床：软件能够适用于2-6轴缠绕机床或机械人使用；它可以根据不同缠绕机床的硬件设置和数控系统语言，实现自动缠绕程序编程。

CADWIND软件的主要模块：软件主要模块包括层合结构复合材料的材料设计模块（铺层角度、铺层比例和铺层厚度计算，以及层合材料刚度、强度、失效过程计算）、建立几何芯模模块、缠绕线型设计与分析模块、机床参数设置模块、机床缠绕程序计算模块、实时机床运动仿真模块、缠绕产品的结构强度计算的有限元数据接口模块。

CADWIND用户图形界面

CADWIND软件的图形用户界面采用Windows标准风格界面，界面操作简单、易于学习掌握。通过CADWIND的菜单、快捷键、对话框，用户可以快速地应用掌握CADWIND软件。CADWIND图形用户界面窗口，包括了视图显示、图形缩放旋转、几何芯模显示、静态纤维显示模式、缠绕性能显示、机床仿真显示、动态缠绕纤维显示、动画播放控制、动画速度控制等功能。

用户图形界面

CADWIND几何芯模建立

CADWIND芯模生成器采用参数化建模方式，可以快速建立大多数典型几何芯模模型，较复杂几何形状芯模也可以使用DXF文件输入。芯模生成器包括多种封头类型，如平底形封头、椭圆形封头、抛物线形封头、锥形封头、半球形封头等。

参数化几何芯模建立与自动网格划分

CADWIND缠绕线型设计

CADWIND是一款基于测地线理论方程和摩擦物理模型的缠绕线型设计计算分析软件，这个独特的物理仿真概念已经过近30年的行业验证。CADWIND缠绕线型的纤维落纱点轨迹计算考虑纤维和芯模表面之间的真实摩擦力情况，允许缠绕线型的落纱点轨迹偏离测地线的轨迹而也不会发生滑纱问题，可以给出更广泛的缠绕线型设计方案；并且可以实现变缠绕角的等厚缠绕线型设计。

CADWIND软件的缠绕线型算法包括环向缠绕、纵向螺旋缠绕、非测地线缠绕、纵向平面缠绕、层间过渡缠绕、T形件缠绕、iWind交互线型设计。缠绕线型设计结果包括缠绕切点、缠绕圈数、覆盖度、缠绕角度、缠绕厚度、测地线属性、摩擦系数百分比、缠绕区域长度、缠绕层重量、纤维消耗量等信息。

CADWIND软件的几何芯模更新和层间过渡缠绕功能，主要用于多层缠绕工艺过程中的下一层缠绕线型设计时的几何芯模准备和初始缠绕姿态（缠绕角和开始缠绕位置）准备。

iWind交互线型设计算法是最新开发的缠绕线型设计工具，采用交互实时并行计算功能， 可以应用所有CPU内核的计算能力,实现真正的完全并行处理；采用采用改进的摩擦力学模型，可以实时计算得到更宽泛的推荐缠绕线型和线型特征计算结果；采用电子表格方式，您可以轻松地对线型列表进行排序、搜索、分组和筛选，快速找到你需要的线型。

CADWIND缠绕程序计算

CADWIND软件的后置处理功能主要依据纤维缠绕轨迹（落纱点轨迹），通过设置芯模安装轴向位置和地面高度、纤维上纱位置、丝嘴距芯模安全距离、丝嘴包络运动轨迹、缠绕速度控制模式等参数，生成高效平稳的缠绕程序。

丝嘴包络计算模式

开放圆柱包络-适用于2轴机床，轴对称和非轴对称的2轴缠绕程序计算。

封闭圆柱包络-适用于3轴同步4轴机床，轴对称和非轴对称的4轴缠绕程序计算。

完全轮廓包络--适用于4-6轴机床，轴对称和大部分非轴对称的4-6轴缠绕程序计算。

恒定纤维长度-适用于5-6轴机床，弯管和T形缠绕的缠绕程序计算。

缠绕速度控制模式

最小缠绕时间-3轴以上缠绕程序的常用选项，不超出机床速度和加速度情况下，按各轴尽可能快的运动方式计算缠绕程序。

恒定送纱速度-常用于具有浸胶槽的湿法缠绕工艺，恒定送纱速度可以让树脂均匀浸湿移动纤维，特别适用“环向缠绕”和“40度以上大缠绕角的螺旋缠绕”项。

恒定芯模转速-在整个缠绕程序过程中调节控制恒定的芯模旋转速度，针对“环向缠绕”可以得到非常流畅光顺的快速缠绕程序，也可用于大缠绕角“螺旋缠绕”的缠绕程序。

CADWIND机床运动仿真

CADWIND可以适用于任何类型的2-6轴缠绕机床和机器人，可以输出各种数控系统语言的缠绕程序。软件可视化的三维动态纤维缠绕过程，实时显示机床各轴的运动状态和坐标，可以清晰明了地了解缠绕程序运行的平稳性和运动干涉情况。CADWIND不仅提供了直观模态的机床运动仿真功能，并且可以输出机床各轴的位移、速度和加速度曲线图，准确地地进行机床运动分析和程序检查。

CADWIND材料设计计算

复合材料设计和计算模块COMPOSITE STAR是CADWIND软件设计包的一部分，它采用数据库管理模式,可以基于纤维和树脂的材料力学性能，通过复合材料细观力学计算方法进行单层板材料的力学性能计算；复合材料设计计算采用毯式图方法，依据层合材料的刚度、柔度等材料性能参数（许用值），进行铺层角度、铺层比例的设计计算；另外，它可以进行载荷作用下的层合材料的强度计算、依据适合的强度准则、材料失效模式和材料失效位置进行强度比计算和失效过程计算分析。

材料失效准则包括**应力强度准则、**应变强度准则、蔡—希尔失效准则(Tsai-Hill theory)、霍夫曼失效准则(Hoffman criterion)、蔡—胡张量准则(Tsai-Wu tensor theory)、Puck失效准则(简单Puck失效准则，改进Puck失效准则)、Hashin等失效准则；材料失效模式包括FF纤维断裂和IFF层间失效两种模式；材料失效过程计算可以依据材料使用性能要求选择**层失效、**层纤维失效和最后一层纤维失效，进行层合材料设计。

CADWIND产品设计分析

缠绕产品设计分析的有限元数据输出功能是CADWIND软件设计包的一部分，其可以输出缠绕工艺的真实缠绕层数据（芯模几何网格、缠绕角度、缠绕厚度）和产品的层合结构次序，然后结合结构强度有限元软件进行产品结构强度分析，搭建起产品制造工艺与产品设计的技术沟通桥梁，完善基于制造的产品设计流程。CADWIND支持的结构有限元分析软件包括NASTRAN、ABAQUS、ANSYS、COSMOS、NISA等。

CADWIND软件配置版本

CADWIND软件包含有基本版、标准版、专业版、高级版等四个版本和一个设计包模块。

适用的缠绕芯模类型	基本版	标准版	专业版	高级版
圆形截面的直管
圆形截面的球、瓶、锥和压力容器
矩形和椭圆截面的直管
圆形、矩形和椭圆截面的弯管
T形件、任意非轴对称形状