厚壁复合材料管纤维缠绕张力的神经网络设计方法

提出了一种纤维缠绕厚壁复合材料管的张力优化设计方法。介绍了纤维缠绕控制系统的工作原理, 并讨论了缠绕厚壁复合材料管成型质量的影响因素。针对厚壁复合材料管纤维缠绕过程, 利用弹性叠加原理建立了计算缠绕张力导致复合材料管残余内应力变化的模型和方法。分别比较了利用现有恒张力、 恒力矩和锥度张力三种常规模式缠绕厚壁复合材料管的内应力分布特性。设计了一种独特的神经网络结构, 并通过误差反向传播实现了对纤维缠绕张力的优化设计。以实验验证说明神经网络收敛优化过程的主要机制, 结果表明, 通过该神经网络优化的纤维缠绕张力能满足特殊内应力(如等应力)分布设计的需要。     

多角度交替缠绕复合圆筒的剩余应力算法及水压试验

针对含薄壁钢内衬碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）多角度交替缠绕复合圆筒的剩余应力计算问题,基于正交各向异性材料的厚壁圆筒理论和弹性叠加理论,提出了考虑卸去芯模影响的多角度交替缠绕下CFRP各层和钢内衬剩余应力的逐层叠加算法,研究了恒缠绕张力下,芯模厚度和螺旋层缠绕角对CFRP各层和钢内衬剩余应力的影响。计算表明：芯模厚度越大则CFRP层剩余应力越低,但芯模厚度过大将减弱缠绕张力对钢内衬的强化效应;螺旋层缠绕角约65°时,环向层剩余应力出现极小值,螺旋层剩余应力和内衬剩余应力均出现极大值。针对缠绕张力对钢内衬的强化效应,通过水压试验加载过程中钢内衬声发射特征与复合圆筒外壁应变测试,测得的钢内衬屈服载荷与理论预测值一致,基本证实了算法的有效性。为提高CFRP层缠绕质量,基于等剩余应力假设,提出了多角度交替缠绕张力制度优化设计思路,适用于内压管的张力制度优化。     

具有内衬的缠绕容器缠绕层等张力设计的迭代搜索

基于本文作者已提出的模拟具有金属内衬缠绕容器缠绕过程的有限元策略或者其它一些简化的解析公式,发展了一种确定具有内衬缠绕容器实现等张力状态的预拉张力过程的迭代方法。以典型钢带或碳纤维缠绕的圆筒压力容器为例进行了数值分析。结果表明:采用本文中的方法可以通过可控的缠绕预拉张力工艺过程达到在缠绕工艺结束后实现压力容器等张力状态。      

纤维缠绕过程中的张力分析

在纤维、造纸、塑料及金属镀膜工业中,对线状、带状及面状弹性材料卷取张力的控制是关系到产品质量的关键技术。以开卷辊为研究对象,分析了纤维缠绕过程中张力变化规律及影响因素,并给出了计算张力控制力矩的程序框图。经过实际缠绕证明,所推导的公式是正确合理的,保证了纱线张力的波动率小于5 %。     

有限长厚壁圆筒空间轴对称应力分析的康托洛维奇变分法

在已有的文献中，尚未发现有把康托洛维奇变分法用于空间轴对称应力问题的工作。本文净康托洛维奇变分法用于上述应力变分问题，并针对荷载变量ｚ的任意函数的有限找厚壁圆筒导出了欧拉方程及边界条件，从而扩大了康氏法的应用范围。文中给出了计算实例。     

筒中筒高层结构整体稳定的厚壁圆筒的安定分析

本文用加权余量法对筒中筒高层结构进行整体稳定分析,通过与其他分析方法进行比较,本文方法有简便,能够手算的特点。这个特点最适合于在工程投标的核心阶段初步设计时使用。     

单层厚壁圆筒弹性动应力的简化计算方法

厚壁圆筒在爆炸领域被广泛应用,经典厚壁圆筒弹性动应力公式计算十分复杂,不利于工程直接应用。为了得到有效的精度较高的单层厚壁圆筒弹性动应力的简化计算公式,从经典动应力公式出发,通过求取频率特征方程的特征值,再将其代入动应力公式中进行简化计算,结合对动应力公式的级数表达式的讨论,最后得到了简化的厚壁圆筒内壁和外壁处动应力计算公式。数值计算结果表明,在圆筒外直径和内直径之比K不超过2时,简化计算结果和精确解的相对误差不大于6%。     

确定厚壁圆筒初始屈服压力的一种实验方法

基于厚壁圆筒的弹性失效准则所确定的圆筒的初始屈服压力与材料的屈服极限的关系，设计了一种测定厚壁圆筒初始屈服压力的实验方法，并测得了一组实验数据。通过对该实验数据的分析得到了圆筒的初始屈服压力。该实验值与理论值误差较小，表明了该实验方法具有较好的可靠性。     

考虑温度对材料性能影响时厚壁圆筒的安定分析

鉴于工程实际中的许多结构承受着随时间变化的温度—机械载荷作用,本文在考虑屈服极限随温度变化的情况下,对内压和温度共同作用的厚壁圆筒进行了安定分析,给出了几种典型加载模式下的安定范围。     

机械自紧厚壁圆筒塑性半径计算分析

机械自紧就是在外力推动下,借助冲头和身管内径的过盈量产生塑性变形,加大承载能力,从而实现自紧。本文利用有限元软件ANSYS对相关数据进行建模分析,从而探讨机械自紧厚壁圆筒塑性半径计算。     

厚壁筒结构疲劳寿命的可靠性分析

文本比较详细地推导了厚壁筒结构在给定可靠度、置信度下的疲劳寿命计算公式，并利用一种快速、高效、精确的多线数值积分方法编制了计算机程序，对不同的厚壁筒结构尺寸、材料常数及随机变量的不同分布类型（常见的十种），该程序均可方便地求出其在一定可靠度、置信度下的疲劳寿命值．     

纤维束张紧力缠绕复合材料飞轮的预应力简化分析

在纤维束缠绕时施加张紧力,使得固化成型后的飞轮内部形成一定的预加径向压应力,这是提高飞轮径向强度的有效方法之一。基于过盈配合的思想建立了计算张紧力缠绕导致的复合材料飞轮内部预应力和变形的简化模型和方法。通过算例分析发现:等张力缠绕产生的环向应力在半径方向上先减小后增大,径向压应力不断变小;变张力缠绕过程中,张紧力由小逐渐变大时,飞轮的径向压应力增大,径向强度提高;飞轮设计中仅仅依靠张紧力缠绕是不够的,还必须和固化成型后的厚壁筒之间的过盈套装一起来设计合理的径向预加压应力。     

双层组合厚壁圆筒弹脆塑性极限内压统一解

基于三剪统一强度准则和弹脆塑性软化模型,考虑材料的脆性软化和中间主应力效应,推导了双层组合厚壁圆筒弹脆塑性极限内压统一解,探讨了粘聚力、内摩擦角、半径比、强度理论参数和中间主应力系数的影响特性,克服了以往基于Tresca屈服准则、Mises屈服准则或双剪强度理论的理想弹塑性解的不足。研究结果表明：中间主应力、材料模型和脆性软化对厚壁圆筒的极限内压均有显著影响。该文所得统一解具有广泛的适用性和理论意义,不但可退化为现有公式,而且还能得到系列化的新解答,对组合厚壁圆筒的设计及工程应用有重要参考价值。     

纤维束张紧力缠绕复合材料飞轮初应力的三维数值分析

利用平面应力型全弹性模型的思想(即将纤维束张紧力缠绕看成多层复合材料薄环连续过盈装配的过程) , 建立了三维纤维束张紧力缠绕复合材料飞轮初应力分析模型, 并给出了基于面-面接触算法求解张紧力缠绕复合材料飞轮初应力的三维数值方法。算例分析表明, 三维数值分析得到的飞轮的环向初应力及径向初始压应力(数值) 均略低于平面应力模型的结果, 且这种差距随着飞轮轴向长度的增加而缓慢增大; 三维分析证实了平面应力模型关于张紧力缠绕复合材料飞轮的初应力分析有足够的精度。最后给出了三维模型轴向效应的表征方法。      

计及复合材料飞轮内孔卸载影响的多厚环套装的简化分析

纤维束张紧力缠绕的复合材料厚环固化成型以后,再抽出缠绕芯轴形成空心环,这一过程称为内孔卸载。本文作者在飞轮多环套装初应力分析和张紧力缠绕飞轮初应力分析的基础上,进一步给出了计及纤维束张紧力影响和复合材料厚环内孔卸载影响的多环过盈套装的简化分析,并给出了计算复合材料飞轮总体初应力场和变形场的公式。算例分析表明:内孔卸载后,纤维束缠绕的复合材料厚环的应力场和变形场均有明显的变化;和多厚环过盈套装的方法结合起来装配飞轮,可以有效地增大径向压应力,缓和环向应力;内孔卸载使得装配中的真实过盈量相对初始设定过盈量有较大的改变,必须充分考虑。      

一类非均布荷载作用下厚壁圆筒平面问题的应力解析解

采用复变函数法给出了表面受有一类非均布径向压力作用下厚壁圆筒平面问题的应力解析解,发现随着非均布侧压系数的增大,圆筒内某些区域的切向应力和(或)径向应力会由压应力变为拉应力,并且切向拉应力远大于径向拉应力。在不存在拉应力区的前提下,反算出非均布侧压系数的范围,并给出了不同非均布侧压系数所对应的拉应力区。最后用数值方法验证了理论分析的正确性。     

一类非均布荷载作用下双层厚壁圆筒光滑接触时的应力解析解

采用复变函数方法,给出了双层厚壁圆筒外壁受有一类两向不等压非均布径向压力,内壁受有均布压力作用时平面问题的应力求解方法。在两层圆筒光滑接触的假定下,获得双层厚壁圆筒的应力解析解。通过算例分析了不同弹性模量组合时圆筒内不同截面的切向应力与径向应力分布规律,研究结果表明：当内壁均布压力较小时,两层圆筒的内壁处切向应力沿环向均呈余弦分布,且都在内壁的最小地应力方向承受最大压应力,在最大地应力方向承受最大拉应力;径向应力沿径向在圆筒0#x000b0;、45#x000b0;、90#x000b0;截面处分别呈近似#x0201c;M#x0201d;状、#x0201c;菱形#x0201d;、#x0201c;W#x0201d;状分布;随着内外层弹性模量比值的增大,内层圆筒内壁附近切向应力增大,径向应力在最小地应力方向增大,在最大地应力方向减小,而在外层筒分布规律相反。采用内软外硬的弹性模量组合,能有效的减小圆筒内层内壁处的应力集中程度。     

有限长厚壁圆筒康托洛维奇应力变分解端部偏差的修正

本文指出文献[4]、[5]在用康托洛维奇应力变分法解有限长厚壁圆筒轴对称问题时存在的端部应力偏差;提出一个消除该偏差的反向端部效应的问题;通过简单计算推导出满足其全部应力边界条件与平衡微分方程的应力表达式,并用应力变分法求得其解答;数值计算结果表明,该解答较好地修正了文献[4]中端部附近应力的偏差。