纤维缠绕圆环压力容器设计分析

 新闻资讯     |      2019-08-13 12:35


  纤维缠绕圆环压力容器以其特有的结构形状被用于航天航空等领域,显示出极大的优越性。有关纤维缠绕圆环压力容器的分析文章并不多见。近年来,一些对纤维缠绕规律、线型和缠绕稳定性进行了分析。但有关结构强度方面的分析工作很少报道。
  然而,作为压力容器,其承内压能力,即爆破压强是容器设计和使用者最为关注的问题。分气缸锅炉的主要配套设备,用于把锅炉运行时所产生的蒸汽分配到各路管道中去,分汽缸系承压设备,属压力容器,其承压能力,容量应与配套锅炉相对应。分汽缸主要受压元件为:封头,壳体材料等。另外,爆破压强也是确定纤维缠绕结构参数的重要依据。因此,分析纤维缠绕圆环压力容器在内压作用下的力学行为是非常必要的。
  对纤维缠绕压力容器,分析(Analyse)其在内压作用下的力学行为,需要应用各向异性层合壳体理论。目前,用这种理论进行结构力学分析,只能得到较准确的弹性解,即只适用于树脂(Resin)开裂前的求解。压力容器在爆破阶段,己发生了树脂开裂、脱胶、局部纤维断裂和分层等损伤。在结构受到严重损伤的情况(Condition)下,其应力应变关系如何描述(description),目前尚未解决,而且也很难解决。因而在有随机损伤情况下求解难以进行,即没有办法用各向异性层合壳体理论预报纤维缠绕压力容器的爆破压强。
  实践表明,对纤维缠绕圆筒压力容器,用网格理论结合模拟(定义:对真实事物或者过程的虚拟)试验的方法,能够较准确地预报容器的爆破压强。文中拟采用网格理论的方法,分析纤维缠绕圆环压力容器在内压作用下的力学行为,并预报其爆破压强。
  2单一螺旋缠绕圆环压力容器网格理论分析为纤维缠绕圆环压力容器示意图,可视其由长圆筒弯曲而成。此时,圆筒变成了环管,圆筒的轴线变成了环管的轴线圆。不妨仍将环管轴线圆方向称为轴向,与轴向垂直的环管周向称为环向。
  21容器在内压作用下的平衡方程及其解由薄壳理论知,圆环压力容器在内压jp作用下,其轴向和环向内力分别为将;m为每层纤维在单位长度上的条数,即纱带密度(单位:g/cm3或kg/m3)23单一等角螺旋缠绕圆环压力容器的爆破压强对于单一螺旋缠绕圆环压力容器,当a按,即圆环外缘的缠绕角最小、内缘最大。压力容器能够承受压力的密闭容器。压力容器的用途极为广泛,它在工业、民用、军工等许多部门以及科学研究的许多领域都具有重要的地位和作用。
  6结论基于网格理论,推导出了纤维缠绕圆环压力容器在内压作用下的平衡方程。压力容器能够承受压力的密闭容器。压力容器的用途极为广泛,它在工业、民用、军工等许多部门以及科学研究的许多领域都具有重要的地位和作用。求解方程,得到了均衡缠绕角、纤维应力和纤维厚度的解析(analysis 剖析;深入分析)解。利用最大应力强度准则,得到了单一螺旋缠绕及螺旋加环向缠绕圆环压力容器爆破压强的计算公式。通过(tōng guò)对所得结果的分析(Analyse),得出:均衡缠绕角a不随内压而改变,但它是平行圆半径R的减函数,即圆环外缘的缠绕角最小;纤维应力不仅随内压的加而大,而且它们是平行圆半径R的函数,即圆环外缘的纤维应力最大;纤维厚度分布是平行圆半径R的减函数,即圆环外缘最薄;均衡缠绕角随R的变化比较平缓。当R0A0 \4时,以等角缠绕代替均衡型缠绕能收到良好的效果;均衡型缠绕圆环压力容器的爆破压强与缠绕角无关;纤维发挥强度的选取应以模拟试验为基础。
  由此计算得到的爆破压强才能与实际结果相符合。