探討圓環(huán)和等強(qiáng)度截面的纖維纏繞環(huán)形容器設(shè)計(jì)

【摘要】本篇文章提出了使用圓環(huán)和等強(qiáng)度截面的環(huán)形壓力容器設(shè)計(jì)的方法，通過(guò)等強(qiáng)度截面設(shè)計(jì)，進(jìn)而可以使環(huán)形壓力容器的結(jié)構(gòu)性能得到了明顯的提高。

【關(guān)鍵詞】圓環(huán)壓力容器；等強(qiáng)度截面；纖維纏繞環(huán)形容器

1、前言

纖維纏繞是樹(shù)脂基復(fù)合材料制品成型常用的工藝方法，這種方法通過(guò)材料力學(xué)設(shè)計(jì)，可充分發(fā)揮纖維拉伸強(qiáng)度高的特性，用于制造承受內(nèi)/外壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)、軸向載荷等情況下的產(chǎn)品.由于纖維纏繞制品具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕、成本低、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，而且易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高，因而應(yīng)用十分廣泛，如固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、雷達(dá)罩、直升飛機(jī)葉片、管道和各種壓力容器等，現(xiàn)已形成批量生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)，纖維纏繞復(fù)合材料已經(jīng)有更大的突破。本文提出了分別使用圓環(huán)截面和等強(qiáng)度截面的環(huán)形壓力容器設(shè)計(jì)方法，并對(duì)這兩個(gè)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了比較。基于最小應(yīng)變能準(zhǔn)則，得到了纏繞層鋪設(shè)角和環(huán)殼內(nèi)力間的最優(yōu)化關(guān)系。根據(jù)網(wǎng)格理論，考慮截面纏繞層的厚度變化，導(dǎo)出了圓環(huán)容器纏繞的最優(yōu)線型。引入應(yīng)力比，分析了環(huán)殼上纖維的應(yīng)力分布。描述了等強(qiáng)度曲線的一般形狀，分析了軸向截荷對(duì)等強(qiáng)度曲線形狀的影響。計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)軸向載荷達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，等強(qiáng)度曲線能夠?qū)崿F(xiàn)閉合形成環(huán)形。進(jìn)一步計(jì)算和比較了兩種截面形狀的環(huán)形壓力容器在不同相對(duì)彎曲半徑下的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。研究表明，使用等強(qiáng)度截面設(shè)計(jì)的環(huán)形容器比使用圓環(huán)截面的環(huán)形容器要輕的多。……