纖維纏繞環(huán)形容器結構設計與損傷檢測.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)動機系統質量,消除質心漂移方面具有較大優(yōu)勢.本文針對纖維纏繞環(huán)形容器的設計和制造,提出同時滿足力學結構特性和纏繞工藝性的線型參數設計方法以符合實際工程需要,并采用改進的高精度模態(tài)應變能法進行結構損傷檢測. 第一章簡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系統的背景及重要意義,以及對復合材料結構層

2、進行損傷檢測的現實意義. 第二章推導了測地線纏繞環(huán)形容器的線型方程,利用微分幾何分析了圓環(huán)面上測地線不架空判據,指出了測地線纏繞環(huán)形容器的局限性. 第三章提出了均衡型纏繞環(huán)形容器的設計概念.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及線型的確定方法.導出了纖維在圓環(huán)面上穩(wěn)定纏繞的充要條件,給出了同時滿足均衡型和穩(wěn)定纏繞雙重條件的線型滑移系數、相對彎曲半徑以及兩向纖維層厚度比之間的關系.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度要求為約束,纏繞層最小質量為優(yōu)化目標,利用序列二次規(guī)劃算法求得了不同爆破壓強下的各項最優(yōu)均衡纏繞參數. 第四章針對環(huán)形容器纏繞,提出了一種比目前普遍采用的測地線具有更大自由度的新路徑-非測地線.推導了非測地線纏繞環(huán)形容器的線型方程,給出了同時滿足結構優(yōu)化和穩(wěn)定纏繞的線型設計的概念及方法.分析了芯模和吐絲嘴的纏繞速比,結合均勻布滿條件對優(yōu)化線型進行了調整.采用優(yōu)化的非測地線模式進行

4、纏繞,可較大地提高了壓力容器整體結構的承載性能. 第五章簡述了環(huán)形容器纏繞機的一般工作方式,根據纏繞過程中絲嘴和芯模的運動規(guī)律,推導出環(huán)形容器纏繞機的各坐標運動方程,給出了求解芯模轉角的非線性方程. 第六章將CAD技術應用到環(huán)形容器的纏繞設計中,研究了CAD系統各組成模塊的功能及實現方法,對測地線和非測地線纏繞成型進行了計算機圖形仿真和比較.第七章提出了一種基于模態(tài)應變能診斷結構損傷的改進方法.基于攝動理論,考慮結構參數