混杂纤维缠绕圆柱壳外压稳定性与缠绕参数

本文在文献的基础上,以加权因子和铺设角为参量给出了混杂纤维缠绕正交各向异性圆柱壳外压失稳最佳缠绕参数的理论计算公式。讨论了该公式的使用条件,并提出混杂纤维缠绕结构是否具有极值意义最佳参数的判别式。文中算例表明,本文公式不仅可以确定混杂纤维缠绕外压圆柱壳的最佳参数,也可以确定纤维增强各向同性外压圆柱壳的最佳纤维含量及纤维缠绕方向。     

纤维缠绕复合对细长铝合金圆管轴向承压的增强作用

在硬铝合金（ＬＹ－１１铝合金）细长圆管的外壁以不同方式缠绕复合碳纤维，并对缠绕前后圆管承受轴向压载荷能力进行了对比试验。试验结果表明，细长圆管外壁缠绕碳纤维后，圆管的抗弯曲变形及抗压极限承载能力都得到大幅度提高。本文对未经缠绕的承压管的稳定性及理论临界应力进行了探讨，对采用碳纤维缠绕复合后的细长管轴向承压能力得以提高的原因作了分析。     

含预裂缝复合材料缠绕圆柱壳轴压承载特性分析

为探究穿透裂缝对复合材料缠绕圆柱壳承载能力及失效模式的影响,首先开展不同壁厚含预裂缝复合材料缠绕圆柱壳轴向压缩试验。对于A系列厚壁圆柱壳,裂缝导致承载能力下降53.96%,失效模式由局部屈曲转化为裂缝扩展、脆性断裂;而B系列薄壁圆柱壳均发生局部屈曲,裂缝使承载能力下降12.59%。其次,采用有限元软件ABAQUS 6.14,基于非线性RIKS算法,建立轴压作用下含预裂缝复合材料圆柱壳极限承载能力计算模型,通过引入Hashin失效准则及损伤演化判据,预测结构渐进破坏模式及极限荷载。数值结果与试验数据吻合良好,最大误差为7.01%,验证了数值算法的可靠性。在此基础上,探讨裂缝方向、缠绕角度对含预裂缝复合材料圆柱壳极限承载的影响,可知:对于±55°螺旋铺层复合材料圆柱壳,随裂缝角度α增加,极限承载能力先升高再降低,当α=45°时,具备最大承载能力;对于含开缝角α=15°、45°、55°缠绕圆柱壳,随缠绕角θ增加,其承载能力呈先上升后下降趋势。且开缝角越小,缠绕角度对极限荷载的影响越大,当缠绕角θ=30°时,达到最大承载能力。     

纤维缠绕技术的现状及发展趋势

随着纤维缠绕制品应用领域的不断扩大,纤维缠绕技术的发展也十分迅速.介绍了纤维缠绕技术的工艺、设备以及应用情况,对比分析了3种不同缠绕工艺方法,阐述了纤维缠绕技术国内外的发展状况以及纤维缠绕技术向机械化、自动化、复合化发展的趋势.     

纤维缠绕技术的现状及发展趋势

随着纤维缠绕制品应用领域的不断扩大,纤维缠绕技术的发展也十分迅速.介绍了纤维缠绕技术的工艺、设备以及应用情况,对比分析了3种不同缠绕工艺方法,阐述了纤维缠绕技术国内外的发展状况以及纤维缠绕技术向机械化、自动化、复合化发展的趋势.     

轴压薄壁加筋圆柱壳结构优化设计研究

分别建立了轴向载荷作用下正置正交薄壁加筋圆柱壳结构优化设计的数学模型和有限元分析模型,应用Ansys软件进行优化计算,讨论了外载荷、材料屈服极限对优化设计的影响,以及结构参数对薄壁加筋圆柱壳结构的临界载荷和屈曲模式的影响。基于有限元分析的研究结论,发展了一种薄壁加筋圆柱壳结构优化设计方法,给出设计算例的优化结果,并将两...     

纤维缠绕复合材料压力容器在内压与非稳定温度场工况下的优化设计

讨论了面内力和法向一维非稳定温度场同时作用下复合材料层合板的优化设计.以层合板的各层铺设角为设计变量,层合板的厚度为目标函数进行优化设计.作为算例,对玻璃纤维缠绕增强塑料压力容器在内压及其内部介质温度突变到稳定温度场全过程逐时刻的不同工况,进行优化设计.     

纤维缠绕复合材料压力容器在内压与非稳定温度场工况下的优化设计

讨论了面内力和法向一维非稳定温度场同时作用下复合材料层合板的优化设计。以层合板的各层铺设角为设计变量, 层合板的厚度为目标函数进行优化设计。作为算例, 对玻璃纤维缠绕增强塑料压力容器在内压及其内部介质温度突变到稳定温度场全过程逐时刻的不同工况, 进行优化设计。      

中空纤维的压溃模型与结构稳定性

基于四铰链变形理论推导了中空纤维的压溃载荷,利用有限元方法模拟分析了结构参数对中空纤维压缩行为的影响,探究其结构稳定性规律.研究结果表明,中空纤维的压溃不仅与压缩变形量有关,还与材料因子、结构因子有关;纤维内径相同时,麻纤维的屈服载荷最大(947.7 MPa),锦纶的则最小(28.237 MPa),羊毛、腈纶和醋酯纤维...     

缠绕图型对纤维缠绕复合材料力学性能影响的有限元模拟

针对纤维缠绕复合材料结构中存在纤维束交叉起伏和铺层走向交替的特点,建立了一种分析缠绕图型对缠绕复合材料结构力学性能影响的有限元方法。采用ABAQUS有限元软件,分析了考虑纤维束交叉起伏和铺层走向交替后缠绕复合材料圆柱壳的应力、应变分布规律,并且研究了缠绕图型对缠绕圆柱壳屈曲临界载荷的影响。结果表明:采用层合板模型计算得到的圆柱壳的应力分布比较均匀;考虑纤维束交叉起伏和铺层走向交替后,缠绕复合材料圆柱壳的应力不再均匀分布,应力云图出现规则分布的菱形图案,在菱形区域中纤维交叉起伏和铺层走向交替处的应力有明显的波动。本实验有限元模型中的菱形特征单元可以反映缠绕复合材料纤维交叉起伏和铺层走向交替的实际情况。     

正交各向异性圆柱壳的弹塑性屈曲分析

应用能量原理和正交各向异性材料的混合硬化本构关系,推导出在两端简支条件下轴向压缩圆柱壳的弹塑性临界应力表达式。计算了相应的临界应力。讨论了几何尺寸,材料性能等因素对临界应力的影响。计算结果表明,几何尺寸对弹塑性临界应力的影响较小,而材料的力学性能对弹塑性临界应力有较大的影响。     

圆柱薄壳在局部轴向压力作用下的屈曲

采用非线性有限元法对局部轴向压力作用下圆柱壳的屈曲进行了全过程分析,并对其进行了试验研究。有限元分析和试验结果都表明,圆柱壳在压力作用位置附近发生局部屈曲并形成局部凹陷,维持后屈曲平衡的是一个近似常量的压力。该压力即为圆柱壳的后屈曲承载力,它决定着圆柱壳的实际承载力。在其它因素相同时,该压力与壳体厚度5.2t成正比。     

材料应变率对圆柱壳轴向冲击屈曲的影响

研究了轴向冲击载荷作用下材料应变率对圆柱壳弹塑性冲击屈曲的影响,采用Ｋａｒｍａｎ－Ｄｏｎｎｅｌｌ运动方程,本构关系采用增量理论,联立Ｃｏｗｐｅｒ－Ｓｙｍｏｎｄｓ关系,求得相应的动屈服应力,借助增量数值计算方法注解运动方程,计算表明：材料的应变率敏感性显著地提高了结构的抗冲击屈曲能力;基于Ｂ－Ｒ准则的屈曲判断方法和采用Ｓｏｕｔｈｗｅｌｌ方法可以获得一致的临界屈曲载荷。     

双向密肋壳体结构风稳定性研究

风荷载沿壳体表面的作用是非均匀变化的,因此,关于这类壳体的稳定性研究是比较复杂的。本文根据Ｔｒｅｆｆｔｚ准则计算了加肋圆柱壳体在风荷载下的稳定,并考虑了肋偏心的影响。根据计算结果,有以下结论： （１）不加肋的壳体承载力最低。 （２）环向加肋比纵向加肋的承载力高。 （３）环向和纵向都加肋的承载力最高,而且以外侧加肋效果最好,内侧加肋效果次之。     

锥壳的环向剪切屈曲

应用精确的锥壳屈曲分支方程,研究圆锥亮在环向分布剪切力作用下的扭转稳定性,通过分支点屈曲模态的构造和Galerkin变分法的运用,建立相应特征方程,求得铰支与夹支圆锥壳较为理想的全锥度环向剪切屈曲临界值。     

粘弹性圆柱壳在轴向恒压下的动力稳定性

基于Timoshenko-Mindlin假设,得到考虑粘弹性的各向同性圆柱壳及纤维增强正交铺设层合圆柱壳在轴向恒压下的动力学方程。文中对两端简支的圆柱壳进行了分析,依Laplace变换,导出动力稳定的特征方程,由Routh-Hurwitz判据建立动力稳定性条件,对两类圆柱壳讨论了横向剪切变形的影响。     

半解析有限元法分析环向加劲圆柱壳外压稳定性

采用一般有限元法分析环向加劲圆柱壳外压稳定性需要用确定的单元结点位移描述待定的各种失稳波形的变化,从而造成单元划分较多,基函数复杂,所需计算机内存大,往往使稳定性分析难于实现。本文利用半解析有限元法来分析圆柱壳的稳定性,可以利用解析的成果代替一般有限元法的离散化处理,有效地解决了用一般有限元法要遇到的难题。半解析有限元法的特点是:在位移模式中,周向引入圆环板和圆柱壳的解析函数,轴向和径向采用了离散型的内插多项式函数。由于采用了解析函数与离散函数相结合的位移模式,所以不但减少了自由度,并提高了计算精度,而且也能方便地处理各种复杂的结构及其不同的连接方式。本研究采用了几何非线性大挠度理论,据此,推导了单元的弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵。在稳定性计算中,把求解失稳荷载和失稳变形形态的问题,转化为数学上求实矩阵的最大特征根及其特征向量的问题。本文最后给出了计算实例,计算结果与理论解吻合较好,说明此法是切实可行的,并且具有广泛的使用范围。     

外压作用下椭圆截面柱壳的弹性屈曲

基于能量法推导了外压作用下椭圆截面柱壳弹性屈曲临界荷载的理论解,推导中考虑了椭圆截面连续变化的曲率,引入带有衰减系数的位移函数以反映外压作用下椭圆柱壳的变形特点,并利用里兹法求解外压椭圆柱壳的能量方程。由椭圆柱壳理论解退化求得的圆柱壳外压屈曲荷载与已有文献的经典解吻合良好,与有限元分析结果的比较进一步验证了该文理论解的准确性。基于理论解的参数分析表明:在外压作用下,椭圆柱壳具备比圆柱壳更优越的力学性能;椭圆柱壳的外压屈曲荷载随椭圆截面比的增大而增大,随壳体名义径厚比的减小而增大;椭圆柱壳的外压屈曲荷载随壳体长度的增大而降低,但当名义长径比大于1左右后,屈曲荷载基本保持不变。     

缠绕型CFRP圆管轴压力学性能

缠绕型CFRP管由于其编织角度的灵活性可以根据需要设计出力学性能不同的管构件,而缠绕型CFRP管的受力安全性能是其分析和应用的基本问题之一。首先对3种不同缠绕角度和长细比CFRP管进行压缩试验,着重观察了树脂基碳纤维增强复合材料的刚度、极限强度以及细观破坏模式。其次基于Chamis C. C. 刚度修正模型、开发了可以模拟各向异性材料拉压双模量的本构子程序（Usermat）,从而将Chamis C. C. 刚度修正模型导入ANSYS主程序中。并采用复合材料Hashin破坏准则验证了其本构模型。在此基础上,对加载过程进行了数值模拟,与试验结果进行比较,证明本构模型具有很好的适应性。最后基于试验结果与数值分析结果,得到了缠绕型CFRP细长管屈曲荷载计算公式。