纤维缠绕张力对缠绕筒体结构强度的影响研究文献综述

 2021-11-01 22:23:17

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1课题研究的目的和意义早期的压力容器是用金属材料成型容器的基础上发展制成压力容器,压力容器更多的是关注内衬金属的性能,而外层缠绕层仅仅起到提高压力容器可靠性的作用,制造的压力容器普遍较重且承载能力有限[1]。

目前,随着科学技术水平及制造业的快速发展,社会各领域对材料提出更高要求,复合材料凭借其优良性能在众多材料中脱颖而出[2-8]。

人们对压力容器结构的认识得到了进一步的提升,缠绕层的承载能力也随着材料科学的发展得到了广泛的认可,复合材料制备的压力容器的使用范围也日益广泛[9-24],如图1所示的全复合纤维缠绕储罐。

现在压力容器的发展不仅考虑缠绕层的选材,也关注内衬金属的性能,使得压力容器的设计愈发轻量化[2, 17, 18, 25]。

纤维缠绕复合材料压力容器具有以下优点: 1)重量轻、刚性好、强度高; 2)金属材料的疲劳破坏通常是没有明显预兆的突发性破坏,而复合材料中的增强物与基体的结合既能有效地传递载荷,又能阻止裂纹的扩展,提高了压力容器的断裂韧性; 3)复合材料中的大量增强纤维使得材料过载而少数纤维断裂时,载荷会迅速重新分配到未破坏的纤维上,使整个压力容器在短期内不至于失去承载能力; 4)复合材料压力容器在受到撞击或高速冲击发生破坏时不会产生具有危险性的碎片,从而减少或避免对人员的伤害; 5)无需特殊处理就能满足耐腐蚀的要求。

广泛应用于轻工、军工、能源、医疗、交通和航空航天等领域[25-30]。

复合材料压力容器的纤维增强层主要的作用是承受压力,所以纤维层对复合材料的力学性能有很大的影响[31-33]。

在制造复合材料容器时纤维增强层主要考虑的因素有压力容器的缠绕张力、铺层顺序、缠绕角度、缠绕厚度、纤维缠绕的线型等[26, 28]。

复合材料压力容器在缠绕制造过程中需要对纤维施加一定的张力,一方面是为了使纤维在内胆上按照设计线型排列,另一方面是为了使容器内胆和缠绕层产生一定的预应力,从而改善压力容器的抗疲劳性能[34-38]。

2国内外研究现状陈汝训[39]提出影响纤维强度发挥的重要原因是沿压力容器厚度方向各纤维受力不均匀,而缠绕张力又是纤维受力不均匀的重要因素,对壁厚较厚的压力容器尤其如此;因此,如何合理控制缠绕张力是提高压力容器纤维强度发挥的重要环节。

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