基于圆环和等强度截面的纤维缠绕环形容器设计与分析

Adriaan Beukers¹，Sotiris Koussios¹，ZU Lei¹

(1.Design and Production of Composite Structures,Faculty of Aerospace Engineering Delft University of Technology,Kluyverweg 1,2629 HS Delft,The Netherlands)

摘要:复合材料环形压力容器以其特有的结构形状得到了日益广泛的应用.目前关于纤维缠绕环形容器的研究主要局限于测地线缠绕圆环截面容器.由于环形容器的结构效率取决于它的管截面形状,所以使用圆环截面的环形容器无法实现等强度结构.本文提出了分别使用圆环截面和等强度截面的环形压力容器设计方法,并对二者进行了比较.基于最小应变能准则,得到了缠绕层铺设角和环壳内力间的最优化关系.根据网格理论,考虑截面缠绕层的厚度变化,导出了圆环容器缠绕的最优线型.引入应力比,分析了环壳上纤维的应力分布.描述了等强度经线曲线的一般形状,分析了轴向截荷对等强度曲线形状的影响.计算结果表明当轴向载荷达到一定数值时,等强度曲线能够实现闭合形成环形容器.进一步计算和比较了两种截面形状的环形压力容器在不同相对弯曲半径下的结构质量.研究表明,使用等强度截面设计的环形容器比使用圆环截面的环形容器要轻的多.通过等强度截面设计,环形压力容器的结构性能得到了明显的提高.

关键词:纤维缠绕; 环形压力容器; 优化准则; 等强度环形体; 等强度设计截面; filament winding; toroidal pressure vessels; optimality criterion; isotensoidal toroids; isotensoid-based cross sections;

【全文内容正在添加中】