安丘玻璃钢---高速对性能影响的分析

简化的结构效率(6、71（envelope efficiency）

下面介绍一下内压容器外壳效率的关系式。推导过程中所使

用的符号如下：

R——壳体半径

T——壁厚

A——…表面面积

Ⅴ——体积

a——缠绕角

S——纤维应力（根据网格理论）

P—―工作压力

L——椭圆形曲线长度

假如材料的密度是一个定值，那么外壳效率的度量标准就是TA/V[方程（30）]。为简便起见，可假定壁厚与半径相比是很小的。纤维缠绕球形容器所采用的绕型应使表面的任意方向上都具有相等的强度，这样的线型必然由许许多多按各个方向均匀分布的圆组成。试考察球形容器表面投影到切平面上的局部面积，现在来研究一下具有椭球封头的圆筒形燃烧室，如圆筒部分由环向缠绕和纵向缠绕两种绕型组成，分析起来很容易。由于环向荷载是纵向荷载的两倍，因而2SxR2LS侧回只要环向与纵向的应力比能够保持2：1，不论那种网格线型的圆筒形壳体，结果均相同。例如，在单螺旋系统中，环向强度=Ssin3a=-3S椭球形封头的体积和表面积的精确计算较难，为简化分析，选择一种特殊的椭球形，它没有极孔，并且每根纤维都位于径向平面内。这种椭球形的体积计算公式为81：V =1.37674R3关于表面积的计算，还没有可供利用的公式。同时，由于每根纤维都在极点区相交，极点区的缠绕层厚度有所增加。但外形座标能够确定，并且从圆筒段切点到椭球体极轴的这段外形长度，也能用数字积分法近似地加以计算：L=1.314R把上述圆筒段纵向纤维延长到封头，就可以形成这种椭球体封头。其壁厚将为圆筒段的三分之一，或者：众所周知，各种不同形状的金属压力容器，其结构效率各不相同。圆筒形纤维缠绕结构允许纤维按比较理想的排列方式进行排列，而球形和椭球形则要求纤维带交叉排列。后二者的玻璃纤维密度和容许纤维应力都略低一些。因此，最有效的纤维缠绕结构或许就是具有椭球形封头的长圆筒。

实际应用的纤维缠绕球和椭球都留有极孔，因而实际的绕型和理论分析上的最佳绕型也就略有不同。如果能使整个结构都达到精确的平衡，也就是说，使所有纤维的应力都相同，则可能在扣除镶件的影响后，其结构效率仍不降低[）。上述推导的基础是网格理论。有时也采用正交异性分析法。正如在前述推导中所使用的那样，网格理论认为树脂不承受荷载；每根纤维中的应力均相等，而且是一定值。正交异性分析法是分析玻璃纤维在承受荷载时的性态的一种比较复杂的方法。

在无坐力来复枪等应用中，为了充分发挥纤维缠绕结构的效率，还必须考虑到高速度对材料性能的影响。这种影响可用速度敏感系数来表示，特别是安全系数低或连续发射时，更应考虑这一系数。如果假定试件的破坏发生在标矩以内（约为时），并以0.2时/分钟的速度进行普通的慢速抗拉试验时，试件将在1.5×105毫秒内发生破坏。如试件在1毫秒内发生破坏，其抗拉强度为7×10“磅/时2，而在1.5×105毫秒内发生破坏时，则仅为3.7×10磅/时2，二者之比就是速度敏感系数（189%）。上述试验是用玻璃布做的。单向玻璃纤维的速度敏感系数估计也是很高的。对单向玻璃纤维所作的有限试验指出，它的速度敏感增量（ratesensitivity increase)为175%，而玻璃布层压玻璃钢则为89%。