復(fù)合材料殼體熱芯纏繞張力制度設(shè)計.pdf

1、隨著材料科學(xué)的發(fā)展和制造工藝的創(chuàng)新，樹脂基復(fù)合材料殼體不僅在傳統(tǒng)運(yùn)輸、建筑、化學(xué)等領(lǐng)域普及使用，而且在航空航天、能源、汽車等高科技技術(shù)領(lǐng)域逐漸被應(yīng)用，它的高比模量、高比強(qiáng)度、耐腐蝕、易設(shè)計等優(yōu)點(diǎn)足以代替金屬材料。復(fù)合材料纏繞成型中纏繞張力是影響殼體性能的重要參數(shù)之一。設(shè)計合理的張力制度可使殼體同時承受內(nèi)壓，提高殼體整體性能。
　　傳統(tǒng)成型工藝是使復(fù)合材料先纏繞再固化，纏繞均在室溫下進(jìn)行，在此過程中復(fù)合材料不發(fā)生固化反應(yīng)，因此對纏繞

2、張力制度的研究無需考慮溫度的影響。熱芯纏繞工藝是使復(fù)合材料邊纏繞邊固化，纏繞張力將受到溫度變化引起的熱應(yīng)力、固化反應(yīng)引起的固化收縮應(yīng)力以及隨溫度改變的各參數(shù)的影響。顯然，不考慮溫度變化的張力制度設(shè)計方法不適合熱芯纏繞工藝。
　　本文提出了一種適用于熱芯纏繞工藝的張力制度設(shè)計方法。首先，基于復(fù)合材料基本力學(xué)理論，以纏繞完成后的每層纖維整齊排列和各纖維層壞向等應(yīng)力狀態(tài)分布為設(shè)計原則對殼體內(nèi)部應(yīng)力進(jìn)行詳細(xì)分析。其次，分析了張力制度對殼體

3、性能的影響，考慮了纏繞過程中溫度變化引起的熱應(yīng)力、樹脂固化反應(yīng)引起的收縮應(yīng)力以及各參數(shù)變化等因素對殼體環(huán)向應(yīng)力的影響，將加力纏繞過程等效為薄環(huán)疊加，采用解析設(shè)計方法，設(shè)計適合熱芯纏繞工藝的張力制度。最后，運(yùn)用MATLAB和有限元分析軟件分別對復(fù)合材料殼體熱芯纏繞過程中的環(huán)向內(nèi)應(yīng)力和徑向應(yīng)變進(jìn)行數(shù)值模擬仿真分析，并通過性能測試試驗，進(jìn)一步驗證張力制度的正確性。
　　本文考慮了纏繞過程中固化因素對殼體應(yīng)力的影響，仿真表明:本文設(shè)計的張