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1、复合材料学报第27卷第5期10月2010年ActaMateriaeCompositaeSinicaVol27No5October2010文章编号:10003851(2010)05011606纤维缠绕复合材料压力容器封头厚度预测*矫维成,王荣国,刘文博,杨帆(哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所,哈尔滨150001)摘要:本研究的目的是建立一种用来预测纤维缠绕复合材料压力容器封头厚度的方法。针对固化成型的复合材料压力容器封头型面,基于封头段所有缠绕纱带总体积保持不变条件,提出了一种采用三次样条函数来预测复合材料压力容器封头
2、厚度的方法。采用该方法对具有不同几何尺寸、不同缠绕工艺参数的复合材料压力容器进行了封头厚度预测,并与传统预测方法及实际厚度测量值作了对比分析。算例结果表明,该方法能够比传统方法更准确地预测纤维缠绕复合材料压力容器的封头厚度,从而为有限元建模分析提供精确的厚度参数。关键词:复合材料压力容器;纤维缠绕;封头厚度;预测方法中图分类号:TB332;TB330.1文献标志码:ADomethicknesspredictionofcompositepressurevessels*JIAOWeicheng,WANGRongguo,LIUWenb
3、o,YANGFan(CenterforCompositeMaterialsandStructures,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)Abstract:Thisresearchaimstoestablishamethodtopredictthedomethicknessofcompositepressurevessels.Accordingtothedomeshapeofcuredcompositepressurevessels,acubicsplinefunctionwaspr
4、esentedtopredictthedomethicknessbasedonthevolumeofallfibertowsbeingconstant.Usingthismethod,thedomethicknessofanarbitrarycompositepressurevesselwithdifferentgeometricalparametersandprocessparameterswasforecasted.Thepredictiveresultswerecomparedwiththetraditionalmethodsandac
5、tualmeasuredthickness.Theresultsshowthatdomethicknessobtainedfromthecubicsplinefunctioncouldreflectactualmeasuredthicknessbetterthantheothermethodsanditcouldprovidemoreaccuratethicknessparametersforthefiniteelementmodeling.Keywords:compositepressurevessel;filamentwinding;d
6、omethickness;predictionmethod复合材料压力容器已经发展成为航空航天结构是由于复合材料压力容器在成型和固化期间纤维产动力系统的关键组成部件,而其减重要求是制约着生了跨接、孔隙、滑移、重新取向及固化收缩等所新一代先进发动机系统的研制和发展的技术瓶颈之致。对此,本文作者在总结前人工作的基础上,针[13]一。在纤维缠绕复合材料压力容器的设计和分对固化成型的纤维缠绕复合材料压力容器封头型析中,筒身段和封头段的精确壁厚十分关键,特别面,基于封头段所有缠绕纱带总体积保持不变条[45]是厚度变化较大的封头段。没有准确的厚度
7、参件,提出了一种采用三次样条函数来预测复合材料数,就不能精确地进行有限元建模,也就无法正确压力容器封头段厚度的方法。采用该方法可有效预地计算出容器的应力和位移,导致理论计算结果误测封头段、特别是极孔周围2个带宽内的厚度分布[610]差较大,难以实现结构的减重设计。对此,国情况,从而为轻量化复合材料压力容器的有限元建内外学者开展了相关研究工作,先后提出单公式模分析提供准确的厚度参数。[11][12][13]法、Knoell等式法、平均方程法和双公式[1415]法等。采用这些方法可以有效预测除极孔周围1纤维缠绕复合材料压力容器封头厚度预区域
8、外的厚度分布,但对于极孔附近、特别是极孔测模型周围一个纱带宽(纱带宽是指一个纱片的宽度)范围在缠绕成型复合材料压力容器时,纱带一片挨内的厚度预测结果与实际厚度值
