纖維纏繞壓力容器制備和內(nèi)壓試驗(yàn)方法概述

內(nèi)高壓成形（Hydro Forming）內(nèi)高壓成形是液壓成形技術(shù)的一種，它是以管材作坯料，通過管材內(nèi)部施加超高壓液體和軸向進(jìn)給補(bǔ)料把管坯壓入到模具型腔使其成形為所需工件的一種工藝。根據(jù)成形零件的種類，內(nèi)高壓成形又分為三類：(1)變徑管內(nèi)高壓成形;(2)彎曲軸線管內(nèi)高壓成形;(3)多通管內(nèi)高壓成形。

內(nèi)高壓成形的原理是通過內(nèi)部加壓和軸向加力補(bǔ)料把管坯壓入到模具型腔使其成形為所需要的工件。對(duì)于軸線為曲線的零件，需要把管坯預(yù)彎成接近零件形狀，然后加壓成形。

纖維纏繞復(fù)合材料壓力容器廣泛應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域。其封頭處應(yīng)力的復(fù)雜性要求設(shè)計(jì)參數(shù)與工藝參數(shù)必須相符。同時(shí)在進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí),選用的單層宏觀強(qiáng)度理論和對(duì)已破壞單層的剩余剛度、剩余強(qiáng)度及應(yīng)力重分布是關(guān)鍵問題。

文獻(xiàn)將單層的剪應(yīng)力 剪應(yīng)變的試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合成曲線并采用單層強(qiáng)度準(zhǔn)則,預(yù)測(cè)了[±θ]s疊層單軸拉伸時(shí)的破壞應(yīng)力;文獻(xiàn)采用分段線性的(G12)n曲線,疊層本構(gòu)關(guān)系以及Tsai Hill強(qiáng)度準(zhǔn)則研究了[0/±θ]s、[0/±90]s疊層板的破壞;文獻(xiàn)將第一破壞單層的基體降級(jí)使用,建議用0 4Em計(jì)算,相當(dāng)于E2降至0 56E2,G12降至0 44G12,E1、γ12保持不變,再計(jì)算次一級(jí)的后續(xù)破壞。

本文用分段線性的方法,不僅實(shí)驗(yàn)研究了橫向及面內(nèi)剪切應(yīng)力 應(yīng)變的非線性關(guān)系,而且得到了面內(nèi)及層間剪切損傷后縱向彎曲剛度逐漸遞減的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)直接作為應(yīng)力分析的原始材料參數(shù),并認(rèn)為彎曲剛度的降低是影響殼體軸向位移的重要因素。文中的應(yīng)力分析及纏繞過程的動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果可直接用于數(shù)控纏繞機(jī)進(jìn)行生產(chǎn),達(dá)到了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造參數(shù)化、一體化的目的。

1　纏繞軌跡

纏繞軌跡是進(jìn)行應(yīng)力分析的基礎(chǔ),同時(shí)也是控制數(shù)控纏繞機(jī)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

(1)測(cè)地線方程、芯模轉(zhuǎn)角

設(shè)封頭曲面橢球方程為r={bcosucosv,bcosusinv,asinu},其中a為短軸,b為長(zhǎng)軸,u、v為參量,由《微分幾何》知第一類基本量為2100433B