纖維纏繞環(huán)形容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與損傷檢測(cè).pdf

1、近年來,纖維纏繞環(huán)形壓力容器在飛行器中發(fā)揮著日益重要的作用.其形狀特殊,可以充分利用和節(jié)省空間,且在減輕發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)質(zhì)量,消除質(zhì)心漂移方面具有較大優(yōu)勢(shì).本文針對(duì)纖維纏繞環(huán)形容器的設(shè)計(jì)和制造,提出同時(shí)滿足力學(xué)結(jié)構(gòu)特性和纏繞工藝性的線型參數(shù)設(shè)計(jì)方法以符合實(shí)際工程需要,并采用改進(jìn)的高精度模態(tài)應(yīng)變能法進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè). 第一章簡(jiǎn)要地介紹了纖維纏繞概況,闡述了研究開發(fā)環(huán)形壓力容器纏繞CAD/ICAM系統(tǒng)的背景及重要意義,以及對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)層

2、進(jìn)行損傷檢測(cè)的現(xiàn)實(shí)意義. 第二章推導(dǎo)了測(cè)地線纏繞環(huán)形容器的線型方程,利用微分幾何分析了圓環(huán)面上測(cè)地線不架空判據(jù),指出了測(cè)地線纏繞環(huán)形容器的局限性. 第三章提出了均衡型纏繞環(huán)形容器的設(shè)計(jì)概念.考慮截面厚度變化和初始纏繞條件,給出了環(huán)形容器的均衡纏繞參數(shù)及線型的確定方法.導(dǎo)出了纖維在圓環(huán)面上穩(wěn)定纏繞的充要條件,給出了同時(shí)滿足均衡型和穩(wěn)定纏繞雙重條件的線型滑移系數(shù)、相對(duì)彎曲半徑以及兩向纖維層厚度比之間的關(guān)系.本文還以螺旋向鋪層

3、的初始纏繞角和厚度為變量,以穩(wěn)定纏繞條件和殼體強(qiáng)度要求為約束,纏繞層最小質(zhì)量為優(yōu)化目標(biāo),利用序列二次規(guī)劃算法求得了不同爆破壓強(qiáng)下的各項(xiàng)最優(yōu)均衡纏繞參數(shù). 第四章針對(duì)環(huán)形容器纏繞,提出了一種比目前普遍采用的測(cè)地線具有更大自由度的新路徑-非測(cè)地線.推導(dǎo)了非測(cè)地線纏繞環(huán)形容器的線型方程,給出了同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)優(yōu)化和穩(wěn)定纏繞的線型設(shè)計(jì)的概念及方法.分析了芯模和吐絲嘴的纏繞速比,結(jié)合均勻布滿條件對(duì)優(yōu)化線型進(jìn)行了調(diào)整.采用優(yōu)化的非測(cè)地線模式進(jìn)行

4、纏繞,可較大地提高了壓力容器整體結(jié)構(gòu)的承載性能. 第五章簡(jiǎn)述了環(huán)形容器纏繞機(jī)的一般工作方式,根據(jù)纏繞過程中絲嘴和芯模的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,推導(dǎo)出環(huán)形容器纏繞機(jī)的各坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)方程,給出了求解芯模轉(zhuǎn)角的非線性方程. 第六章將CAD技術(shù)應(yīng)用到環(huán)形容器的纏繞設(shè)計(jì)中,研究了CAD系統(tǒng)各組成模塊的功能及實(shí)現(xiàn)方法,對(duì)測(cè)地線和非測(cè)地線纏繞成型進(jìn)行了計(jì)算機(jī)圖形仿真和比較.第七章提出了一種基于模態(tài)應(yīng)變能診斷結(jié)構(gòu)損傷的改進(jìn)方法.基于攝動(dòng)理論,考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)