纤维螺旋缠绕管的缠绕角优化

作     者：耿沛 邢静忠 陈晓霞 GENG Pei;XING Jingzhong;CHEN Xiaoxia

作者机构：北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 天津工业大学机械工程学院天津300387 天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387 

出 版 物：《纺织学报》 (Journal of Textile Research)

年 卷 期：2017年第38卷第1期

页      面：61-66页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 080102[工学-固体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51575390) 天津市应用基础与前沿技术研究计划一般项目(14JCYBJC19200) 

主　　题：纤维缠绕管 缠绕角 失效准则 纤维向应力 

摘      要：为提高材料强度的利用效率,实现纤维缠绕管强度比沿壁厚的均匀分布,在内压和轴向力作用下,基于Tsai-Wu准则,以沿壁厚方向的最小强度比最大化为目标,建立变缠绕角纤维缠绕管的最优化模型。提出将复合形法和梯度法相结合的改进优化算法,通过优化逐层变化的缠绕角使最小强度比最大化,实现强度比沿壁厚更均匀分布。以玻璃纤维管为例,在纯环向应力、环向应力与轴向应力之比为2∶1和1∶1的3种工况下,研究不同壁厚条件下最优缠绕角分布及其强度比提升效果和均匀程度。结果表明:优化后结构的材料利用率明显提升,不同工况、壁厚对最优缠绕角的分布规律影响很大;最优缠绕角可以实现沿壁厚等强度。