摘要：利用微分几何理论和四阶龙格库塔法求解气瓶封头上T700碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)非测地线缠绕角微分方程,得到稳定的非测地线缠绕轨迹;利用有限元仿真软件建立T700CFRP缠绕气瓶有限元模型,分析不同非测地线轨迹对工作压力(30MPa)下T700CFRP缠绕气瓶强度的影响,并采用渐进损伤模型分析爆破压力的变化规律。对于封头高h=50mm的T700CFRP缠绕气瓶,滑线系数为0.2时承载能力最强,比T700CFRP测地线缠绕气瓶提高了7MPa,约为6.4%;对于封头高h=160mm的T700CFRP气瓶,滑线系数为0.2时承载能力最强,比T700CFRP测地线缠绕气瓶提高了6MPa,约为11.5%。结果表明,优化设计得到的缠绕线型既能满足缠绕工艺的基本要求,又提高了T700CFRP缠绕气瓶的结构力学性能,可为实际缠绕工艺提供参考。

摘要：纤维缠绕在压力容器、风力叶片等方面有着广泛的应用,其中纤维缠绕路径是影响性能的一项重要因素。非测地线缠绕的优势在于可以根据需要设计纤维轨迹,使纤维强度得到充分利用。本文对非测地线缠绕的研究现状进行了综合论述,可为优化非测地线缠绕设计提供参考。

摘要：提出了一种新的滑线系数测量方法,并基于一般曲面稳定缠绕条件,设计了一种能够简便快捷测量滑线系数的新型芯模。该芯模在固定缠绕角情况下,沿母线方向任意点处的纬度圆半径与该点的滑线系数之间满足线性关系。利用该方法及其装置对碳纤维和玻璃纤维在不同缠绕速度、缠绕张力和胶液黏度等条件下与铝质芯模间的滑线系数进行了测量表征。研究结果表明,该方法可为缠绕纤维与芯模表面间滑线系数的测量及非测地线缠绕轨迹规划设计提供依据。

摘要：基于非测地线缠绕和纤维滑移理论,提出采用非测地线缠绕成型一体化复合材料传动轴。设计了多组不同比例纤维变角度过渡区复合材料传动轴,并利用有限元分析和扭转实验深入研究了传动轴的扭转性能及其失效机制。结果表明,含有的变角度过渡区比例越大,传动轴扭转性能越好,过渡区从20%提高到80%,传动轴的失效载荷提高111%,峰值载荷提高90.7%。随着过渡区占比的提高,屈曲形变导致的损伤失效得到有效缓解,损伤扩展角度降低了54.5%。结合有限元仿真和扭转实验分析可知,过渡区纤维角度的增加抑制了屈曲形变,减少了分层损伤带来的界面上力学传导失效,提高了轴管承载能力。

摘要：本文基于非线性有限元理论,对承受内压载荷的复合材料壳体进行缠绕参数优化设计。采用截锥壳单元和薄壳理论建立了复合材料壳体强度分析模型,取得了与固体火箭发动机壳体水压试验吻合的结果,与商业有限元软件ABAQUS的对比结果表明该模型具有较高的计算效率,可以用于复合材料壳体的应力分析及爆破压力预测;采用该强度分析模型与遗传算法相结合对复合材料壳体螺旋层的非测地线缠绕滑移系数进行优化设计,得到在滑移系数为0.19时壳体的爆破压力最高,与测地线缠绕相比提高了10.7%。结果表明在设计复合材料壳体时,借助该平台可以针对螺旋层的滑移系数进行优化设计,使产品达到最佳的力学性能。

摘要：本文针对针刺碳/碳坩埚整体连续纤维不足和周向力学性能较差的问题,采用碳纤维增强缠绕碳/碳坩埚预制体。基于非测地线理论建立稳定缠绕方程,以切点法为基础,结合标准线法总结了非轴对称封头壳体的缠绕线型规律,推导出纤维均匀布满时的中心转角计算公式,建立了优化求解封头段滑移系数和圆柱段滑移系数的计算模型,提出了碳/碳坩埚预制体增强碳纤维缠绕的线型设计流程,基于等悬长约束条件,对四轴缠绕机各轴运功轨迹方程求解。对缠绕线型和缠绕机运动轨迹进行仿真,研究了切点数对缠绕线型及运动轨迹的影响。进行缠绕试验,结果表明:计算模型设计合理,纤维可以实现连续稳定缠绕,并且经过一定循环后实现均匀布满,验证了各轴运动轨迹方程的正确性和线型设计方法的可行性。

摘要：与金属压力容器相比,采用纤维缠绕工艺制备的复合材料压力容器具有很好的减重效果,改变了氢气、天然气等一次性能源储存和运输原则。首先介绍了网格理论提供了纤维缠绕压力容器壳体设计解决方案;其次指出了非测地线缠绕工艺的研究引领了对纤维缠绕线型设计的发展;然后对不同缠绕工艺进行对比分析综述出复合材料压力容器在缠绕层成型工艺、缠绕层质量以及缠绕层检测标准3个方面的研究进展;最后总结了目前纤维缠绕工艺在复合材料压力容器上的发展趋势并进行展望。

摘要：针对一端封头、一端开口的短粗型碳/碳坩埚预制体,采用碳纤维进行增强缠绕,根据不同尺寸的碳/碳坩埚预制体,分析封头段高度和圆柱段长径比对缠绕角的影响,推导过渡点处的稳定缠绕角和满足缠绕要求的圆柱段最小长径比,建立根据缠绕角和中心转角确定非测地线增强缠绕线型的设计方法,并应用MATLAB编程对设计的理论缠绕轨迹进行验证仿真。结果表明,该设计方法满足纤维缠绕均匀稳定要求,可提高碳/碳坩埚预制体力学性能,为碳/碳坩埚预制体芯模的设计和下一步的CAM提供理论依据。