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研究各向同性材料内胆外对称均衡缠绕纤维的厚壁圆柱形容器在内外压力作用下的应力和强度特性.采用正交各向异性本构关系和轴对称厚壁筒理论,获得纤维层和内胆的应力,以及纤维方向三向应力的解析公式.利用Hoffman和Tsai-Wu失效准则研究薄壁筒理论和三维应力对应的强度随壁厚和缠绕角的分布规律.计算比较了有、无内胆的纤维缠绕容器的强度随缠绕角的变化情况.利用ANSYS软件的层合单元SOLID191建立的模型给出的纤维向应力和强度比与本文理论结果吻合很好.研究发现:基于层合板理论的二维纤维向应力公式给出了不准确的纤维向应力,不准确的横向应力造成容器纤维层的强度值偏低;不同的纤维类型和缠绕角,厚度-半径比对强度比的影响不同;基于二维应力分析的薄壁筒理论给出的纤维层强度比小于三维分析的结果;缠绕角对无内胆的缠绕容器强度比的影响比有内胆的更敏感.

关键词: 纤维缠绕 , 厚壁容器 , 有限元分析 , 失效准则 , 纤维向应力 , 强度比

考虑纤维体积含量变化的纤维缠绕厚壁柱形结构的等强度设计

吴杨 , 邢静忠 , 耿沛 , 杨涛

复合材料学报 doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20140725.001

纤维缠绕厚壁柱形管道或容器在缠绕张力作用下会使缠绕纤维层的应力状态不断变化,形成沿壁厚力学性能非均匀的结构.依据缠绕过程中的纤维束应力状态分析和纤维束本构关系,获得了纤维体积含量与所受应力状态的关系.基于正交各向异性本构关系和双层筒模型的离散叠加法,建立了给定缠绕张力确定纤维缠绕厚壁柱形结构剩余张力的计算方法,并计算了等张力缠绕纤维层的纤维体积含量沿壁厚的分布.利用Tsai-Wu失效准则研究了纤维体积含量非均匀的厚壁柱形结构的纤维层强度.研究表明:缠绕工艺使内层纤维体积含量和强度均略高于外层,纤维缠绕厚壁柱形结构的强度分析和设计时应考虑这种影响;利用变化的缠绕张力设计可以实现强度比沿壁厚的均匀分布.

关键词: 纤维缠绕 , 厚壁容器 , 纤维体积含量 , 纤维层应力 , 失效准则 , 强度比

三维五向编织复合材料强度的有限元分析

李金超 , 陈利 , 邢静忠

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2010.05.009

在已有三维五向编织复合材料单胞实体模型的基础上,基于等应变假设和最大应力失效准则,采用3D有限元法建立了三维五向编织复合材料的拉伸强度有限元分析模型.利用该模型计算了试件的拉伸强度,与现有实验数据进行对比,吻合较好.数值模拟表明:三维五向编织复合材料主要的拉伸失效形式为轴纱的正应力破坏,与已有文献的观测结果一致.

关键词: 三维五向 , 编织复合材料 , 有限元分析 , 强度

三维五向编织复合材料的力学性能分析Ⅱ:细观应力数值模拟

陈利 , 李金超 , 邢静忠

复合材料学报

在实验观察的基础上,考虑轴纱的挤压变形及纱线填充因子变化,修正了现有的细观结构模型,建立了更加真实反映三维五向编织复合材料内部编织结构的单胞模型.利用该模型采用3D有限元法计算了材料的轴向弹性模量,数值预测与实验数据吻合较好.分析了单胞在拉伸载荷作用下的细观应力分布,为材料进一步的强度预测奠定了基础.

关键词: 三维增强 , 细观结构 , 有限元 , 力学性能

正交平面织物球面成型渔网模型的几何分析

邢静忠 , 陈利 , 杨涛

复合材料学报

为了从理论上表征平面正交织物球面成型后的几何特征, 提出基于坐标变换求解渔网模型的新方法, 确定单层正交平面织物在球面上铺覆成型后的网格位置、织物剪切变形和纱线弯曲变形。依据弧长不变条件确定方形织物完全包覆球面后的对称面上的网格位置和局部坐标系下中间网格的位置, 利用坐标变换获得中间网格在整体坐标系成型球面上的坐标位置; 根据变形前后的网格形状确定织物面内剪切变形和两个方向纱线的弯曲曲率, 为织物的球面成型性评价提供几何参数。通过实例证明了当网格尺寸远小于球体半径时铺覆变形程度与网格尺寸无关, 也与球体半径无关。铺覆后织物的剪切变形和纱线弯曲变形分布只与织物在球面上的球坐标位置有关。

关键词: 悬垂 , 成型性 , 织物 , 预制件 , 坐标变换