多角度交替缠绕复合圆筒的剩余应力算法及水压试验

作     者：李博 熊超 殷军辉 尹德军 邓辉咏 高华 LI Bo;XIONG Chao;YIN Junhui;YIN Dejun;DENG Huiyong;GAO Hua

作者机构：军械工程学院火炮工程系石家庄050003 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2018年第35卷第6期

页      面：1452-1463页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

基　　金：军队重点攻关项目(ZS2015070132A12002) 

主　　题：复合圆筒 多角度交替缠绕 剩余应力 缠绕张力 声发射 

摘      要：针对含薄壁钢内衬碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)多角度交替缠绕复合圆筒的剩余应力计算问题,基于正交各向异性材料的厚壁圆筒理论和弹性叠加理论,提出了考虑卸去芯模影响的多角度交替缠绕下CFRP各层和钢内衬剩余应力的逐层叠加算法,研究了恒缠绕张力下,芯模厚度和螺旋层缠绕角对CFRP各层和钢内衬剩余应力的影响。计算表明:芯模厚度越大则CFRP层剩余应力越低,但芯模厚度过大将减弱缠绕张力对钢内衬的强化效应;螺旋层缠绕角约65°时,环向层剩余应力出现极小值,螺旋层剩余应力和内衬剩余应力均出现极大值。针对缠绕张力对钢内衬的强化效应,通过水压试验加载过程中钢内衬声发射特征与复合圆筒外壁应变测试,测得的钢内衬屈服载荷与理论预测值一致,基本证实了算法的有效性。为提高CFRP层缠绕质量,基于等剩余应力假设,提出了多角度交替缠绕张力制度优化设计思路,适用于内压管的张力制度优化。