纖維纏繞環(huán)形容器結(jié)構(gòu)設計與損傷檢測.pdf

1、近年來,纖維纏繞環(huán)形壓力容器在飛行器中發(fā)揮著日益重要的作用.其形狀特殊,可以充分利用和節(jié)省空間,且在減輕發(fā)動機系統(tǒng)質(zhì)量,消除質(zhì)心漂移方面具有較大優(yōu)勢.本文針對纖維纏繞環(huán)形容器的設計和制造,提出同時滿足力學結(jié)構(gòu)特性和纏繞工藝性的線型參數(shù)設計方法以符合實際工程需要,并采用改進的高精度模態(tài)應變能法進行結(jié)構(gòu)損傷檢測. 第一章簡要地介紹了纖維纏繞概況,闡述了研究開發(fā)環(huán)形壓力容器纏繞CAD/ICAM系統(tǒng)的背景及重要意義,以及對復合材料結(jié)構(gòu)層

2、進行損傷檢測的現(xiàn)實意義. 第二章推導了測地線纏繞環(huán)形容器的線型方程,利用微分幾何分析了圓環(huán)面上測地線不架空判據(jù),指出了測地線纏繞環(huán)形容器的局限性. 第三章提出了均衡型纏繞環(huán)形容器的設計概念.考慮截面厚度變化和初始纏繞條件,給出了環(huán)形容器的均衡纏繞參數(shù)及線型的確定方法.導出了纖維在圓環(huán)面上穩(wěn)定纏繞的充要條件,給出了同時滿足均衡型和穩(wěn)定纏繞雙重條件的線型滑移系數(shù)、相對彎曲半徑以及兩向纖維層厚度比之間的關(guān)系.本文還以螺旋向鋪層

3、的初始纏繞角和厚度為變量,以穩(wěn)定纏繞條件和殼體強度要求為約束,纏繞層最小質(zhì)量為優(yōu)化目標,利用序列二次規(guī)劃算法求得了不同爆破壓強下的各項最優(yōu)均衡纏繞參數(shù). 第四章針對環(huán)形容器纏繞,提出了一種比目前普遍采用的測地線具有更大自由度的新路徑-非測地線.推導了非測地線纏繞環(huán)形容器的線型方程,給出了同時滿足結(jié)構(gòu)優(yōu)化和穩(wěn)定纏繞的線型設計的概念及方法.分析了芯模和吐絲嘴的纏繞速比,結(jié)合均勻布滿條件對優(yōu)化線型進行了調(diào)整.采用優(yōu)化的非測地線模式進行

4、纏繞,可較大地提高了壓力容器整體結(jié)構(gòu)的承載性能. 第五章簡述了環(huán)形容器纏繞機的一般工作方式,根據(jù)纏繞過程中絲嘴和芯模的運動規(guī)律,推導出環(huán)形容器纏繞機的各坐標運動方程,給出了求解芯模轉(zhuǎn)角的非線性方程. 第六章將CAD技術(shù)應用到環(huán)形容器的纏繞設計中,研究了CAD系統(tǒng)各組成模塊的功能及實現(xiàn)方法,對測地線和非測地線纏繞成型進行了計算機圖形仿真和比較.第七章提出了一種基于模態(tài)應變能診斷結(jié)構(gòu)損傷的改進方法.基于攝動理論,考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)