谢丽婷
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穆建桥
,
汪准
,
邓京兰
,
王继辉
,
祖磊
玻璃钢/复合材料
缠绕复合材料管道的缠绕角,是控制管道力学性能的重要工艺指标.传统的网格理论设计缠绕角时,没有考虑树脂的作用,而石油套管是以表层树脂开裂来判断破坏失效的,此类管道按网格理论计算出来的角度并不是实际测试时的最优角度.本文利用有限元方法,建立数值模型,计算了不同缠绕角的石油套管的力学性能及爆破压力.通过对比分析不同缠绕角对缠绕管的力学性能的影响,得出较优的缠绕角为51°,并测试得型号为9-5/8的碳纤维缠绕套管最小爆破压力比按网格理论计算的缠绕角时的爆破压力提高了20.3％,较大地提高了石油套管的力学性能,对复合材料在工程中的应用具有一定的实际意义.
关键词:
缠绕角度
,
有限元方法
,
力学性能
,
爆破压力
祖磊
,
汪洋
,
王继辉
,
李书欣
,
王路
,
谢丽婷
材料工程
doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.02.009
根据微分几何,推导环形气瓶测地线缠绕轨迹以及缠绕角应满足的稳定缠绕条件,并针对不同切点数进行线型轨迹仿真.基于有限元分析,针对钛合金内衬环形气瓶的初始缠绕角及缠绕层数进行优化设计,并评估对比有、无环向补强层的环形气瓶承载能力.结果表明:本文设计的测地线轨迹精确可靠,很好地满足环形气瓶的缠绕工艺性.优化设计的缠绕参数既满足T艺可缠性,又能提高环形气瓶的结构性能.此外,有环向补强层的气瓶爆破强度提高了l4％,钛合金内衬屈服强度提高了24.8％.因此,采用环向补强层有利于进一步提高环形气瓶的承载性能.水压实验结果表明本文设计方法预测的变形和爆破压力与实验值吻合良好.
关键词:
复合材料
,
纤维缠绕
,
环形气瓶
,
测地线
,
结构设计
