纤维缠绕壳体封头厚度计算

纤维缠绕火箭发动机壳体封头厚度是不均匀的，封头形状、纱带宽度及两端开口影响着外壳厚度，回顾了上计算方法，并在此基础上发展了一种计算封头厚度的公式，最后用这几种公式对实际的壳体封头厚度进行了计算，并与实测值进行了比较。     

纤维缠绕压力容器爆破压强计算

用于固体火箭发动机壳和工业贮藏的纤维缠绕压力容器,爆破压强是重要的设计参数。本文基于网络理论,给出了纤维缠绕圆筒压力容器圆筒和封头爆破压强的计算方法,给出了用模拟实验压力容器确定纤维发挥强度的方法。算例表明,计算值与实侧结果符合良好。这些方法可供纤维缠绕压力容器设计者参考或直接应用。     

纤维缠绕的曲面架空分析及其应用

针对诸如壳体－喷嘴一体化的固体火箭发动机过渡段、环壳燃料箱等复杂型面的缠绕，应用曲面理论和力学分析方法，研究了纤维缠绕的成型压力与曲面几何的关系，进而确定了一般曲面、负荷斯曲面、环壳以及过渡段缠绕过程的纤维架空条件与判据，为复杂型面的缠绕成形奠定基础。     

凹回转曲面纤维缠绕架空分析及应用

针对诸如带喷管固体火箭发动机的凹曲面过渡段等负高斯曲率面的缠绕,应用微分几何曲面理论推导出了凹回转曲面的纤维缠绕架空条件及判据,并对不同的过渡段曲线进行了分析,分别给出了判别公式。通过缠绕实验验证了架空判据的正确性和实用性,表明采用单叶双曲面比采用凹圆曲线回转曲面具有更好的缠绕工艺性,且其直纹线的缠绕角恰好为不架空的临界缠绕角;缠绕时,为了保证运动的平稳性,需要剔除奇异点,进行平滑处理。     

碳纤维缠绕复合气瓶自紧力和疲劳的数值模拟

采用数值模拟方法研究了自紧工艺对碳纤维缠绕复合气瓶的应力分布和疲劳性能的影响。基于ANSYS商用有限元分析软件,考虑气瓶封头部分碳纤维缠绕层的角度和厚度沿封头子午线的连续变化,建立了有限元模型。分析验证了54 MPa自紧压力对复合气瓶零压和35 MPa工作压力下内衬和复合材料缠绕层应力的影响,并利用Coffin-Manson公式预测了复合气瓶的疲劳寿命。结果表明,自紧后复合气瓶内衬在工作压力下的最大应力减小了29.1%。有限元计算的疲劳寿命结果与实验测定结果之间的误差<8%,验证了有限元模型和计算方法的正确性。     

计入纤维交叉影响的缠绕复合材料等效模量计算方法

本文提出一种用于分析纤维缠绕结构（宏观）的等效弹性模量方法,该方法具有较好的准确性。本文首先基于纤维缠绕微观结构的特点建立代表性体积单元（RVE）,并在此模型中计人纤维束交织现象的影响,对各个工艺参数（缠绕角、纤维束起伏区、交叉面积）的影响进行了计算分析;然后对经典层合板理论与等效模型计算结果进行了对比,指出经典层合板理论计算存在的误差与纤维束起伏区几何参数具有很大关系;最后利用等效均匀化理论得到缠绕结构的宏观弹性模量,并与试验值进行对比,验证了本计算模型和分析方法的准确性。     

纤维缠绕不等极孔椭球类容器的应力分析及优化

基于微分几何推导出了不等极孔椭球类容器纤维缠绕的非测地线稳定缠绕方程,并根据薄膜理 论、层合板理论、蔡-吴失效准则得到了赤道处纤维层的最小厚度1. 281 7 mm,计算出的纤维方向的应力小于 纤维的极限强度3. 92 GPa。发现纤维缠绕椭球容器的应力状态是赤道处最先发生破坏,且会出现局部失效现 象。以缠绕层最小质量M 为目标函数,蔡-吴失效准则为约束条件,在给定内压5 MPa 的情况下,得到了优化 后的容器质量为34. 072 kg。相比于等极孔的容器而言,非测地线缠绕具有高度非线性、不稳定性及精度难以 控制等问题。     

复合材料缠绕后置处理方法研究

利用芯模表面的离散落纱点,依据空间几何和微分几何理论,针对纤维缠绕过程提出纤维缠绕出纱点轨迹的网格后置处理方法。该方法首先通过纤维缠绕轨迹的落纱点,以及缠绕过程中等悬纱长约束条件来求取出纱点,然后通过计算相邻出纱点的各坐标差得到机床运动轨迹,最后分别通过对三通管和组合回转体的缠绕成型实验,来验证该网格后置处理方法在处理非回转体和回转体缠绕出纱点轨迹的可行性和准确性。     

复合材料高压气瓶的碳纤维缠绕设计和ANSYS分析技术

为了获得复合材料气瓶合理的有限元分析模型,并能够有效地掌握气瓶固有的变化规律,以不锈钢316L为内衬、碳纤维(T1000GB)/环氧树脂(BA202)为复合层的高压气瓶作为研究对象,介绍了一种采用螺旋缠绕与环向缠绕组合线型的缠绕设计方法.利用该方法确定复合层厚度、缠绕角、缠绕层数等参数,运用ANSYS程序,采用薄壁壳单元shell91建立了复合层多层结构模型,得出了气瓶应力、应变分布规律,并给出了气瓶疲劳破坏点和起裂点处失效参数的变化历程,最后,将ANSYS计算结果与试验实测结果作了比对分析,为定量化研究复合材料气瓶提供准确的数据支持.研究结果表明:ANSYS数值仿真结果与试验结果吻合良好,采用壳单元shell91可以比较正确地模拟复合层的多层结构;柱形复合材料气瓶破坏薄弱点位于简体(靠封头)部位,气瓶受环向膨胀力影响较大,易使其沿纵向撕裂;随瓶内压力升高,薄壁内衬发生完全塑性变形,复合层仅发生弹性变形.     

纤维缠绕复合材料圆环壳线型设计与优化

由微分几何理论，导出了纤维缠绕圆环壳曲面的滑移和架空判据。基于薄膜理论和网格理论，结合圆环壳几何特征，得到了内压作用下纤维螺旋加环向缠绕圆环壳的平衡方程组，给出了均衡缠绕线型的确定方法。以稳定缠绕条件和壳体强度要求为约束，缠绕层最小质量为优化目标，利用收敛效率较高的序列二次规划算法（SQP）求得了不同爆破压强下的各项最优均衡缠绕参数。文中的设计方法真实反映了环壳结构特征和实际工程设计要求，算例表明可直接应用于纤维缠绕环壳的初步设计。     

纤维缠绕角度对CFRP-Al混合圆管横向受载性能影响

基于准静态横向弯曲试验对缠绕工艺下制备的CFRP/Al混合圆管进行抗弯性能和吸能特性研究,分析了混合圆管的破坏模式,基于不同纤维缠绕角度的碳纤维复合材料-铝合金混合圆管三点弯曲试验结果,通过有限元仿真方法研究了内层纤维缠绕角度对其横向抗弯与吸能特性的影响。试验结果表明,CFRP-Al混合圆管横向载荷下的失效形式、损伤模式与纯铝管基本保持一致,但受纤维缠绕角度的影响失效形貌略有差异。纤维缠绕角度越小,CFRP-Al混合圆管的抗弯性能和吸能性越好,同时压溃效率(CFE)明显降低。基于验证的有限元模型,研究不同角度纤维缠绕内层对于表层纤维层的应力传递影响,小角度缠绕内层对于管件的轴向拉伸变形抑制增加了管件整体峰值载荷与吸能作用,大角度缠绕内层对于管件环向刚度的提升增加了整体压溃效率。依此分析可为合理设计CFRP-Al混合管提供有效依据。     

基于非测地线理论的回转体缠绕成型的数学模型

根据非测地线缠绕的有关理论，详细分析了微机控制纤维缠绕机的丝嘴运动规律，推导出了丝嘴运动方程和芯模的转角方程，为复杂芯模的缠绕以及微机控制纤维缠绕机的推广应用奠定了基础。     

纤维缠绕壳体参数程序设计

纤维缠绕壳体在生产前必须求得缠绕角、线型、缠绕层次、挂轮比等诸多参数。目前采用的是人民计算及查找的设计方法。该方法过程繁琐,效率低下,稍有不慎就会发生错误,且必须全部重新进行设计。为此,作者开发了一套利用计算机进行设计的系统。该系统提供了有关算法及Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ源程序。使用该软件,可在计算机上完成纤维缠绕壳体参数的设计工作,大大提高了设计者的工作效率。该软件使用方便,设计结果精确可靠。     

纤维缠绕低损伤退绕跟随系统

为降低纤维缠绕过程中纱筒退绕的纤维磨损,研制了低损伤退绕跟随系统。通过分析纱筒卷绕特点及退绕运动过程,提出了角度替代的控制思想和导纱器自适应跟随控制策略;通过计算机控制伺服电机驱动导纱器运动,可实现对任意卷绕线型的自动跟随。实际应用表明:该方法可行,研制的系统跟随效果理想,有效消除了纤维的摩擦损伤,提高了缠绕复合材料制品的质量。     

纤维缠绕压力容器的可靠性分析

文摘运用一次二阶距(FOSM)法,对纤维缠绕复合材料压力容器进行了可靠性分析,并与传统网格理论设计法进行了对比,讨论了纤维拉伸强度、爆破压力、压力容器半径、纤维缠绕层总厚度及缠绕角的变异系数对纤维强度发挥系数和压力容器壁厚的影响。结果表明:随着各设计参数变异系数的均匀增大,纤维强度发挥系数迅速减小,压力容器壁厚迅速增大;缠绕角度和纤维拉伸强度的变异系数对它们的影响最为显著。     

圆筒纤维缠绕变张力神经网络动态控制

 缠绕张力作为纤维缠绕成型中的关键影响因素,其波动直接影响缠绕精度和制品的性能。针对缠绕张力的动态变化,且保证制品等环向残余应力,提出神经网络动态控制缠绕变张力方法。考虑芯模变形影响,基于各向异性缠绕层弹性变形及各向同性内衬厚壁筒理论,给出外压作用下缠绕层的径向应力及环向应力;在弹性范围内采用应力叠加原理建立剩余张力与缠绕张力之间的解析算法。基于制品环向残余应力叠加特点,采用给定输出层权值的神经网络算法,通过误差反向传播及放大方法,对等环向残余应力制品纤维缠绕过程中的缠绕变张力进行动态更新。仿真与实验结果表明:该控制方法对纤维缠绕变张力起到动态优化作用,可以达到预期要求,且更符合实际缠绕过程。     

复合材料圆柱空间点阵结构稳定性分析

获得高承载效率的复合材料空间点阵结构,利用有限元法对复合材料圆柱空间点阵结构的稳定性进行了分析.结合ANSYS的二次开发语言APDL编写了圆柱空间点阵结构参数化设计程序,并运用该程序研究了空间点阵结构载荷质量比随内蒙皮厚度、外蒙皮厚度、内蒙皮缠绕角度以及外蒙皮缠绕的变化规律.研究结果表明:(1)当内外蒙皮的缠绕角度都为...