纤维缠绕复合材料压力容器广泛应用于航空、航天等领域。其封头处应力的复杂性要求设计参数与工艺参数必须相符。同时在进行应力分析时,选用的单层宏观强度理论和对已破坏单层的剩余刚度、剩余强度及应力重分布是关键问题。

文献将单层的剪应力 剪应变的试验数据拟合成曲线并采用单层强度准则,预测了[±θ]s叠层单轴拉伸时的破坏应力;文献采用分段线性的(G12)n曲线,叠层本构关系以及Tsai Hill强度准则研究了[0/±θ]s、[0/±90]s叠层板的破坏;文献将第一破坏单层的基体降级使用,建议用0 4Em计算,相当于E2降至0 56E2,G12降至0 44G12,E1、γ12保持不变,再计算次一级的后续破坏。

本文用分段线性的方法,不仅实验研究了横向及面内剪切应力 应变的非线性关系,而且得到了面内及层间剪切损伤后纵向弯曲刚度逐渐递减的实测数据,该数据直接作为应力分析的原始材料参数,并认为弯曲刚度的降低是影响壳体轴向位移的重要因素。文中的应力分析及缠绕过程的动态仿真结果可直接用于数控缠绕机进行生产,达到了结构设计、制造参数化、一体化的目的。

1　缠绕轨迹

缠绕轨迹是进行应力分析的基础,同时也是控制数控缠绕机的关键数据。

(1)测地线方程、芯模转角

设封头曲面椭球方程为r={bcosucosv,bcosusinv,asinu},其中a为短轴,b为长轴,u、v为参量,由《微分几何》知第一类基本量为2100433B