纖維纏繞復(fù)合材料管及容器的制備與性能.pdf

1、纖維纏繞復(fù)合材料內(nèi)壓管及容器具有重量輕、承壓高、安全系數(shù)高、耐腐蝕、失效模式安全等諸多優(yōu)點(diǎn),在航空航天、深海探測(cè)、工業(yè)儲(chǔ)運(yùn)等領(lǐng)域內(nèi)得到越來(lái)越廣泛的使用。因此對(duì)纖維纏繞復(fù)合材料內(nèi)壓管及容器的研究具有非常重要的理論指導(dǎo)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　本文首先研制了纏繞所需要的臥式纏繞機(jī)、立式多絲嘴纏繞機(jī)和固化爐,其中所制備的立式多絲嘴纏繞機(jī)可以有效解決單極孔壓力容器小角度纏繞的掛線問(wèn)題和封頭纖維堆積問(wèn)題,然后利用網(wǎng)格理論完成纖維鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2、,又基于LabVIEW平臺(tái),根據(jù)各軸的運(yùn)動(dòng)關(guān)系編寫了纏繞機(jī)單片機(jī)編程輔助計(jì)算程序,合理的確定各項(xiàng)工藝參數(shù),成功制備了纖維纏繞管和壓力容器試樣。為便于對(duì)試樣進(jìn)行內(nèi)壓試驗(yàn),又研制了液壓試驗(yàn)機(jī)一臺(tái),并基于LabVIEW平臺(tái)編寫了液壓試驗(yàn)機(jī)的控制和測(cè)量程序。
　　分別對(duì)管試樣進(jìn)行了內(nèi)壓失效、徑向壓縮、內(nèi)壓疲勞測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明纖維纏繞管平均環(huán)向強(qiáng)度為945.1MPa,主要失效形式為滲漏,所能承受最大平均外部線載荷為111.5N/mm,管剛

3、度為25.1MPa,隨壓縮量的增加,失效形式由復(fù)合材料分層開始向纖維斷裂轉(zhuǎn)變,疲勞的主要失效方式為內(nèi)襯屈曲。對(duì)壓力容器試樣進(jìn)行了多次的步進(jìn)加載和卸載,直至破壞,測(cè)量了壓強(qiáng)、各典型區(qū)域的應(yīng)變以及殘余應(yīng)變。最大正應(yīng)變區(qū)域?yàn)槿萜髦胁?封頭過(guò)渡區(qū)具有負(fù)應(yīng)變。壓力容器的爆破區(qū)域?yàn)槿萜髦胁?主要失效形式為基體開裂和纖維斷裂?；贛SC.Marc有限元軟件建立了壓力容器有限元分析模型,獲得了壓力容器的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài),并利用有限元手段得到了計(jì)算了預(yù)緊壓強(qiáng)