国产芳纶Ⅲ缠绕环形压力容器研制

在复合材料环形容器纤维缠绕原理的基础上开展了环形容器内衬成型、国产芳纶Ⅲ预浸胶带缠绕与干纱缠绕再浸胶结构层成型技术研究,探索出纤维缠绕环形容器可行的成型工艺方法。研制结果表明,在砂芯模上粘贴丁腈橡胶生片,经高温硫化和表面打磨后能保证在缠绕过程中外型面良好;按预浸胶带缠绕工艺方法成型的芳纶Ⅲ环形压力容器爆破压强为31.7 MPa,特性系数达到20.44 km。     

CNG-2环向缠绕气瓶纤维缠绕残余预应力的优化设计

复合材料气瓶压力容器的纤维缠绕预应力对容器的性能有很大的影响,合理设计纤维预应力可提高复合材料容器的综合性能。借助ANSYS有限元软件,建立了带有纤维缠绕残余预应力的环向缠绕气瓶的有限元参数化模型。在模型中,将纤维缠绕层视为复合材料层合板。按照GB 24160—2009《车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶》的规定,并结合各工况下应力水平的要求建立数学模型,对环向缠绕气瓶的纤维缠绕残余预应力进行优化,得到纤维缠绕残余预应力的最优值,使内胆在工作压力下有较低的应力水平,提高了气瓶的可靠性。     

基于热芯缠绕工艺的缠绕张力研究

本文提出了一种适用于热芯缠绕工艺的缠绕张力制度设计方法.与传统缠绕工艺不同的是,热芯缠绕工艺使复合材料在缠绕同时加热固化.该方法在考虑外部纤维张力对内部环向应力影响的基础上,考虑了缠绕过程中温度引起的热应力、固化收缩应力以及各参数变化,通过对各缠绕层环向应力的分析,推导出考虑温度影响的缠绕张力制度,使各缠绕层纤维受力均匀,从而提高复合材料壳体的强度和抗疲劳性能.     

纤维缠绕复合材料压力容器CAD/CAE/CAM一体化研究

本文用APDL参数设计语言编制的程序可同时进行压力容器缠绕过程的动态仿真模拟及应力分析,可将实际缠绕参数直接用于应力分析,分析后得到的仿真数据可直接用于数控缠绕机进行生产,实现了纤维缠绕复合材料压力容器CAD/CAE/CAM一体化.本文用微分几何理论推导出纤维缠绕复合材料压力容器的非测地线缠绕轨迹、包角方程及绕丝头运动方程.在应力分析过程中考虑了几何非线性和物理非线性.采用叠层的增量本构关系,以分段线性表示单层非线性应力-应变曲线,对损伤后引起的刚度降低进行了实验研究,实验特别研究了面内剪切破坏和层间剪切破坏对纵向弯曲刚度的影响.结果表明纤维缠绕复合材料压力容器损伤后,弯曲刚度的降低是影响轴向变形的重要因素.     

环形容器的纤维缠绕工艺

介绍了环形容器的纤维缠绕成型的基本原理,提出了环形容器缠绕机设计方案,给出了环形容器缠绕成型的工艺方案.     

不等开口压力容器非测地线缠绕的CAD/CAM技术

本文针对两端封头开口比大的复合材料容器在缠绕工艺中遇到的纤维滑线问题,对圆筒段路径采用非测地线,封头为近测地线的轨迹,详细讨论了不同结构形式容器缠绕角的求解方法,从而实现非测地线路径设计.并给出非测地线稳定缠绕的判别公式,对缠绕可行性进行了分析判断.最后在此基础上开发了缠绕程序,实现了缠绕工艺的自动化铺层设计和缠绕成型,对不等开口容器的缠绕设计和工艺具有指导性作用.     

铝内衬碳纤维复合材料压力容器非测地线缠绕与强度分析

本文对碳纤维缠绕复合材料压力容器进行了非测地线缠绕线型设计、有限元仿真和纤维缠绕与水压爆破实验。根据非测地轨迹确定了复合材料压力容器的最佳缠绕参数;采用有限元软件ABAQUS对其受压状态下的应力应变值进行分析,研究内压为35 MPa时压力容器的应力状态,并预测其爆破强度为92.2 MPa;缠绕实验在五轴数控缠绕机上进行,使用T800碳纤维制备了铝合金内衬复合材料压力容器,其纤维缠绕层共26层,缠绕完成后纤维排列整齐均匀,无滑纱现象。固化后其爆破压强为87.5 MPa,与仿真结果相对误差为5.1%,验证了仿真分析的可行性。     

基于参数化设计的纤维缠绕方法及应用

为了使回转体制品的纤维缠绕线型设计更加简便,提出一种基于参数化设计的纤维缠绕方法,对圆管、容器等回转体制品的线型工艺进行参数化设计。该方法以缠绕理论为核心,将芯模的几何尺寸与缠绕工艺参数进行参数化处理并在设计线型的过程中根据纤维均匀布满的条件对缠绕角进行修正,根据修正后的缠绕角对线型进行设计即输入芯模的几何参数与缠绕工艺参数便可对芯模的缠绕轨迹进行计算。利用VS2010开发环境对该方法进行缠绕软件的实现,经过机器人对软件输出的缠绕代码进行缠绕实验,验证了回转体芯模参数化设计方法的可行性、便捷性及实用性。     

不等极孔纤维缠绕球形压力容器的结构设计与性能

本文概要介绍了不等极孔纤维缠绕形压力容器的结构形式，受力状态及纤维铺层设计方法，提出了纤维强度发挥系数与在球体位置关系的函数概念，通过改变特征点的强度发挥系数，可以方便地进行球形容器的结构优化设计。     

纤维缠绕无内衬中低压复合材料容器制造工艺方案

中低压容器定义、一般纤维缠绕的缺点、纤维缠绕无内衬中低压复合材料容器制造工艺及其特点。     

不等开口柱形压力容器的渐变角度缠绕规律研究

柱形压力容器缠绕通常要求两端开孔大小相近,在缠绕工艺实施上可以通过平衡缠绕角度的方法实现稳定落纱,当两端开孔相差较大时,常用的螺旋向缠绕将无法实现;针对这一问题,本文提出一种针对不等开口、大长径比的柱形压力容器缠绕线形设计方法,通过筒身段的渐变缠绕角度设计和公式推导,实现了纤维的稳定落纱和筒身螺旋缠绕段的均匀过渡;通过对不等开孔柱形容器样件缠绕工艺实现表明,该设计方法具有良好的实用效果。     

Minimum weight design of helically and hoop wound toroidal hydrogen storage tanks with variable slippage coefficients

This article determines the optimal winding parameters for helically and hoop overwound toroidal hydrogen storage tanks, based on the application of variable slippage coefficients. First, an optimality condition between helical winding angle and hoop‐to‐helical thickness ratio is derived from the minimum strain energy density criterion. The winding angle distributions are then obtained with the aid of the optimality condition, taking into account the shell thickness variation along the meridional direction. The general criteria for fiber trajectory stability on a torus are presented, and the relationship for the slippage coefficient and the helical winding angle is formulated according to the windability and manufacturability. The helical winding angle and thickness at the equator are considered as design variables, whereas the minimum weight acts as the objective function. A design example with a toroidal hydrogen storage tank is outlined to demonstrate the favorable performance of the present method. The results show that the present method using variable slippage coefficients leads to a better distribution of the fiber stress in the toroidal shell and an efficient utilization of the laminate strength. The obtained winding parameters can thus be regarded as optimal for filament‐wound toroidal hydrogen storage tanks. POLYM. COMPOS., 2012. © 2012 Society of Plastics Engineers     

复合材料球形气瓶非测地线缠绕线型设计和强度分析

碳纤维复合材料球形气瓶因其较高的比强度、比刚度和抗疲劳性,被广泛应用于航空航天及民用工业领域。基于微分几何理论,推导出满足球形气瓶缠绕基本原理的落纱点轨迹方程,给出缠绕线型轨迹和缠绕角应该满足的稳定缠绕条件,并对缠绕轨迹进行仿真。考虑球壳的变曲率特点,针对球形气瓶缠绕层进行变厚度、变角度的精细化有限元建模,对工作压力下的气瓶内衬和缠绕层各向应力分布进行数值模拟和分析,并预测了气瓶的爆破压强。结果表明,优化设计得到的缠绕线型参数既能满足缠绕工艺的基本要求,又有效提高了球形气瓶的结构力学性能。研究成果对复合材料球形压力容器的设计制造具有重要的意义。     

钢丝缠绕液压胶管设计优化有限元分析

钢丝缠绕胶管的爆破压力、轴向变形和径向变形与钢丝缠绕角度密切相关,目前的研究和工程实践中主要是基于压力容器薄膜应力理论和经验公式对四层排布角度相同或者相近的软管进行分析和设计。但是由于薄膜理论的假设建立在胶管小变形和材料各向同性的假设条件下,而由于各层钢丝在受力后,会发生耦合作用,工程上已发现四层角度相同的设计,无论在受力,还是轴向位移都不是最佳方案,不能满足优化的目的。因此,本文使用有限元的分析方法,对四层缠绕胶管的排布角度进行独立优化,发现四层钢丝缠绕胶管每层角度的变化对其本层和其他三层的应力分布均有影响,并且有一定的规律性。利用这一规律,可以实现对钢丝缠绕胶管排布角度的优化,使爆破压力和变形都达到符合使用要求的结果。本文分析的结果被证明和工程试验结果有很好的相关性。     

纤维缠绕压力容器几何非线性分析

本文使用有限元软件ANSYS对纤维缠绕压力容器进行了几何非线性分析，并对容器进行了强度以及失效研究。本文压力容器几何非线性分析的结果表明铺层方向是影响纤维缠绕壳体强度的最大因素。     

纤维缠绕压力容器最佳预应力与缠绕张力关系研究

为提高纤维缠绕压力容器的结构效率,对压力容器纤维缠绕预应力及其内衬形式之间的关系进行了研究,应用压力容器设计的弹性及半弹性分析方法,推导出纤维缠绕张力及其界面最佳预应力之间关系的表达式。     

碳纤维复合材料压力容器的透声性能研究

以环氧树脂为基体材料,分别以S2高强玻璃纤维和T700碳纤维为增强材料,采用缠绕成型工艺,制备了玻璃纤维复合材料（GFRP）透声试件和碳纤维复合材料（CFRP）透声试件;测试了试件的透声性能,为成功研制碳纤维复合材料透声压力容器提供依据。结果表明：CFRP的透声性能和力学性能远远优于GFRP;内衬层对容器的透声性能影响不大;研制的碳纤维透声压力容器达到了满意的透声效果。     

基于PLC的缠绕机低成本控制系统设计与应用

本文利用可编程控制器的多轴插补、高速定位功能,将继电-接触器控制的普通缠绕机,改造成为PLC控制的数控缠绕机,采用玻璃纤维预浸胶带分别进行纵、环向缠绕成型,并对纵向外移量、环向缠绕长度、排纱精度、缠绕张力及表面温度等参数进行测量与分析,并对利用该缠绕机缠绕成型的6台150容器进行水压爆破实验,得到水压爆破压强均略高于设计值,且离散较小,表明:利用PLC控制的缠绕机能够满足工艺要求,可以进行纤维缠绕制品的稳定生产。改造后的PLC控制数控缠绕机具有缠绕精度高、产品性能稳定、成本低、操作界面友好、设备运行稳定及可维护性好等优点,本文方法适合于机械式缠绕机的技术升级。