纖維纏繞壓力容器設(shè)計(jì)原理與方法

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 纖維纏繞壓力容器的研究進(jìn)展 1
1.2 纖維纏繞壓力容器的結(jié)構(gòu)與材料 3
1.2.1 纖維纏繞壓力容器的結(jié)構(gòu) 3
1.2.2 纖維纏繞壓力容器的材料 4
1.3 纖維纏繞成型工藝與裝備 6
1.3.1 纏繞成型工藝簡(jiǎn)述 6
1.3.2 纏繞成型裝備簡(jiǎn)述 9
第2章 纖維纏繞線型設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 12
2.1 復(fù)合材料壓力容器的纏繞線型 12
2.1.1 測(cè)地線 13
2.1.2 非測(cè)地線 14
2.2 纏繞軌跡的穩(wěn)定性 17
2.2.1 纖維受力特點(diǎn) 17
2.2.2 不架空條件 17
2.2.3 不滑線條件 18
2.3 線型設(shè)計(jì)與仿真軟件 19
2.3.1 國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)仿真軟件 19
2.3.2 國(guó)外設(shè)計(jì)仿真軟件 20
第3章 纖維纏繞工藝參數(shù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 24
3.1 纏繞張力 24
3.2 固化工藝及控制 27
3.3 大張力纏繞工藝 29
3.4 干法纏繞工藝參數(shù)設(shè)計(jì)與控制 32
3.4.1 預(yù)浸帶黏性表征 32
3.4.2 干法纏繞工藝窗口調(diào)控 35
第4章 復(fù)合材料層合板彈性力學(xué)基礎(chǔ) 38
4.1 單層板彈性力學(xué)基礎(chǔ) 38
4.1.1 復(fù)合材料彈性力學(xué) 38
4.1.2 正軸剛度 42
4.1.3 偏軸剛度 46
4.2 層合板彈性力學(xué)基礎(chǔ) 57
4.2.1 經(jīng)典層合板理論 58
4.2.2 對(duì)稱層合板面內(nèi)剛度 58
4.2.3 一般層合板剛度 69
4.3 層合板應(yīng)力分析 80
第5章 復(fù)合材料強(qiáng)度理論 83
5.1 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度特點(diǎn) 83
5.1.1 層間強(qiáng)度 83
5.1.2 界面性能 83
5.2 經(jīng)典失效準(zhǔn)則 84
5.2.1 *大應(yīng)力準(zhǔn)則 84
5.2.2 *大應(yīng)變準(zhǔn)則 84
5.2.3 Tsai-Hill準(zhǔn)則 85
5.2.4 Hoffman準(zhǔn)則 85
5.2.5 Tsai-Wu張量準(zhǔn)則 85
5.2.6 Hashin準(zhǔn)則 86
5.2.7 Yamada-Sun準(zhǔn)則 86
5.2.8 Puck準(zhǔn)則 87
5.3 層間失效準(zhǔn)則 88
5.3.1 *大應(yīng)力準(zhǔn)則 88
5.3.2 層間應(yīng)力相互作用準(zhǔn)則 88
5.3.3 Tong-Norris準(zhǔn)則 88
5.3.4 二次分層失效準(zhǔn)則 88
5.3.5 Ye分層準(zhǔn)則 89
5.3.6 Camanho-Matthews層間失效準(zhǔn)則 89
5.3.7 Tong層間失效準(zhǔn)則 89
5.4 復(fù)合材料退化準(zhǔn)則 89
5.4.1 Camanho-Matthews材料性能退化準(zhǔn)則 90
5.4.2 Olmedo-Santiuste材料性能退化準(zhǔn)則 90
第6章 纖維纏繞壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 91
6.1 基本力學(xué)性能測(cè)試 91
6.1.1 基于NOL環(huán)的基本力學(xué)性能測(cè)試 91
6.1.2 基于單向板的基本力學(xué)性能測(cè)試 95
6.2 芯模與內(nèi)襯設(shè)計(jì) 97
6.2.1 芯模設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 97
6.2.2 金屬內(nèi)襯設(shè)計(jì) 101
6.2.3 非金屬內(nèi)襯設(shè)計(jì) 103
6.3 封頭厚度預(yù)測(cè) 104
6.4 復(fù)合材料層設(shè)計(jì) 107
6.4.1 基于經(jīng)典層合板理論的設(shè)計(jì) 108
6.4.2 筒身段網(wǎng)格理論 110
6.4.3 封頭段網(wǎng)格理論 112
6.4.4 材料-線型-結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì) 114
第7章 纖維纏繞壓力容器的強(qiáng)度分析 115
7.1 內(nèi)襯/芯模強(qiáng)度校核 115
7.1.1 內(nèi)襯屈曲分析 116
7.1.2 內(nèi)襯/芯模強(qiáng)度分析 123
7.2 復(fù)合材料纏繞層的強(qiáng)度校核 125
7.2.1 首層失效法 125
7.2.2 末層失效法 126
7.2.3 逐層失效法 126
7.3 封頭補(bǔ)強(qiáng)技術(shù) 127
7.3.1 補(bǔ)強(qiáng)方式 128
7.3.2 封頭精細(xì)化補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)與仿真 129
第8章 典型纖維纏繞壓力容器的設(shè)計(jì)與分析 133
8.1 車載高壓儲(chǔ)氫氣瓶 133
8.1.1 金屬內(nèi)襯儲(chǔ)氫氣瓶 133
8.1.2 非金屬內(nèi)襯儲(chǔ)氫氣瓶 141
8.2 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體 144
8.2.1 一般殼體 145
8.2.2 殼體尾噴一體化 148
8.3 錐形天線罩 152
8.3.1 表層光滑性設(shè)計(jì) 155
8.3.2 厚度均勻性設(shè)計(jì) 155
8.4 環(huán)形壓力容器 158
8.4.1 環(huán)形壓力容器纏繞的數(shù)學(xué)模型 158
8.4.2 纏繞成型控制 161
8.5 球形壓力容器 163
8.5.1 球形壓力容器纏繞規(guī)律 164
8.5.2 球形纏繞切點(diǎn)數(shù)對(duì)線型的影響 165
8.5.3 球形氣瓶應(yīng)力預(yù)測(cè)分析 166
8.5.4 球形氣瓶纏繞實(shí)驗(yàn) 167
8.6 高速飛輪轉(zhuǎn)子護(hù)套 167
8.6.1 飛輪轉(zhuǎn)子的工作原理及構(gòu)造 168
8.6.2 飛輪轉(zhuǎn)子護(hù)套應(yīng)變分析 169
8.6.3 轉(zhuǎn)軸與輪轂應(yīng)變分析 169
8.6.4 復(fù)合材料纏繞層應(yīng)力分析 170
8.6.5 飛輪有限元分析 171
8.6.6 飛輪纏繞實(shí)驗(yàn) 172
第9章 復(fù)合材料壓力容器監(jiān)測(cè)及測(cè)試方法 173
9.1 復(fù)合材料壓力容器質(zhì)量檢測(cè) 173
9.1.1 外觀檢測(cè) 173
9.1.2 實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)技術(shù) 175
9.1.3 無(wú)損檢測(cè)技術(shù) 176
9.2 復(fù)合材料壓力容器水壓實(shí)驗(yàn) 180
9.2.1 內(nèi)壓實(shí)驗(yàn) 180
9.2.2 疲勞實(shí)驗(yàn) 182
9.2.3 爆破實(shí)驗(yàn) 183
9.2.4 壓力實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)手段 184
參考文獻(xiàn) 189