纤维缠绕压力容器

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1、纤维缠绕压力容器纤维缠绕压力容器的概括：纤维缠绕压力容器众所周知，玻璃纤维有相当高的拉伸强度，利用纤维做成受拉的结构显然是合适的，玻璃纤维缠绕容器就是利用玻璃纤维抗拉强度绕制成的受拉结构物。玻璃纤维缠绕压力容器在军千工业和民用工业都有应用，尤其是对一些要求重量轻而压力高的容器，大部分都采用玻璃纤维绕制而成。网格分析的基本假设与压力容器的内力计算：对于纤维缠绕压力容器的设计分析，除了计算连接处的局部应力外，对于整个壳体并不采用繁琐的各向异性弹性理论进行计算，·而是采用比较简单的网格理论进行分析。网格理论实际上是简单的薄膜理论，它最开始运用于充压轮胎结构设计。在已往的轮胎设计中

2、，都忽略橡胶的作用，在仅由连续纤维承受拉伸力假设下，进行轮胎的内力分析，这个近似理论也直接引入到玻璃纤维缠绕压力容器的设计中，在网格分析中，仍然不计树脂的承载作用，只考虑玻璃纤维的作用，容器中的玻璃纤维就象一个只承受拉力的刚性的网，然后根据外载计算纤维量，结合不同的工艺，配以适当的喇旨含量，定出容器壁厚。网格理论虽然不能解决容器壳体的弯曲、稳定等问题。但是它对于大型纤维缠绕压力容器的分析：彻设计是一个既简单又有效的方法。网格分格有如下的基本假设：1、纤维是连续的，纤维本身没有弯曲，也无初应变。2、纤维只承受拉仲荷载，没有抵抗弯曲巾剪切变形的能力。3、不计树脂的承裁能力，树脂

3、的抗伸刚度为零，它只起固定纤维和传递应力的作用。首先从分析压力容器均内力着手，然后再讨论网格分析在容器设计中的具体运用压力容器内力分析示意图若有一压力容器的内径为D，壁厚为t，内压力为P．在容器壳体上截取两个截面，一个平行于容器的纵轴1；另一个垂直于横轴2，如图所示。根据静力平衡条件，可求得器壁单位长度上的环向力N1和纵向力N2：环向力：N2=纵向力：N1=（5-1）（5-2）环向力N2与纵向力N1之比：=2（5-3）对千金属材料的压力容器，选定一个适当的许理应力，假据式(5—1)和一些构造上的要求就可以定出器壁厚度来；用玻璃纤维来缠绕压力容器则需要定出环向和环向所需的纤维

4、量。网格分析的基本方程式在纤维缠绕压力容器中，常常将纤维成某一角度(纤维的切线方向与纵轴的交角)进行缠绕，这种缠绕方法称为单一螺旋缠绕，这就需要求出在某一缠绕角时纤维所能承受的环向荷载和纵向荷载。从简体上取出一个网状纤维单元体abcD，它由两个平行圆和两条母线切出，如图5—2(a)所示。在图5—2(b)中，ab为一单位宽度，作be⊥ab，若—根并股纱的强力为f，be单位宽度上股纱的根数为n，那么通过ab的纤维量为n×be=ncosa，通过be和通过ab的股纱根数或者说纤维量是相同的，在纤维方向所能提供的抗力为nfcosa，它在纵向l的分力为fncos2a也就是说在1方向单位

5、宽度所提供的抗力:T1=nfcos2a(5-4)同理可得到通过bc的纤维量(见图5-2c)在2方向单位宽度所提供的抗力T2=nfsin2a(5-5)于是得到网格分析的基本方程式：T1=nfcos2aT2=nfsin2a(5-6)而通过ab的纤维量在2方向的抗力和通过bc的纤维量在l方向的抗力将被第2层纤维在这两个方向的分力所抵消。式(5-6)也称为平衡型设计或等张力设计条件，即容器壳体上所有各点的纤维张力都为f，且同时达到了强度极限。式(5—6)中的两个方程不是独立无关的，将它们相除可得=tg2a（5-7）此式表明，只要缠绕容器中的内力比一经确定，纤维的缠绕方向就为已知，反

6、过来说，只要纤维缠绕角一经确定，则容器的环向强度和纵向强度也就确定了。如果使纤维的环向抗力T2和纵向抗力T1，也达到式(5—3)相同的比值，则有==tg2a=2即纤维若与纵轴成54°44′(或者说螺旋升角β=90-a='35°16′缠绕时，就可以满足压力容器筒身部分的内力要求，然后根据内压力P和内径D来确定纤维量。例5—1内压力p=600公斤力／厘米2(58．8兆帕)，内径D=20厘米的压力容器，采用20股40支纱(40／20)的并股纱缠绕时，求筒体单位宽度上的纤维含量。取纤维的设计强度Ofo=10000公斤力／厘米2(980兆帕)，由式(2—2)可求出每根并股纱的拉断力f

7、=×10000=19.7公斤力/根=193牛顿/根在内压力P=600公斤力／厘米2(58．8兆帕)作用下；容器的环向力：N2==×600×200=6000公斤里/厘米=588兆帕若取纤维的缠绕角a=54°44′，则有：N2=T2=nfsin2a=n×19.7×sin2（54°44′）所以纤维量n===477根/厘米如果用每厘米排16根并股纱缠绕，需缠绕的层数为477／16=30层。