纤维缠绕不等极孔椭球类容器的应力分析及优化

摘要

基于微分几何推导出了不等极孔椭球类容器纤维缠绕的非测地线稳定缠绕方程,并根据薄膜理论、层合板理论、蔡-吴失效准则得到了赤道处纤维层的最小厚度1.281 7 mm,计算出的纤维方向的应力小于纤维的极限强度3.92 GPa.发现纤维缠绕椭球容器的应力状态是赤道处最先发生破坏,且会出现局部失效现象.以缠绕层最小质量M为目标函数,蔡-吴失效准则为约束条件,在给定内压5 MPa的情况下,得到了优化后的容器质量为34.072 kg.相比于等极孔的容器而言,非测地线缠绕具有高度非线性、不稳定性及精度难以控制等问题.