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玻璃钢缠绕管--线型设计
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恒德环保科技

时间 : 2022-03-29 17:30 浏览量 : 108

玻璃钢缠绕管--线型设计

工业上采用的基本绕型有二种:环向缠绕和螺旋缠绕。对于各种不同的纤维缠绕制品,这两种绕型可以单独采用,也可组合采用。环向缠绕这种线型基本上与旋转轴大约成90°角,同时,沿着轴向尚须另配置纵向增强材料。环向缠绕可提供最大的环向强度。采用湿法缠绕时,这种绕型要求缠绕面的倾斜角一般不得大于20°,而采用干法缠绕时,不得大于30°。在要求有封头时,这种绕型不能使制品获得最高的结构效率。当有封头存在或缠绕面倾斜角很大时,须同时采用环向缠绕和螺旋缠绕。

螺旋缠绕增强材料和旋转轴的交角(缠绕角)一般在25°~85°之间。采用螺旋缠绕时不需另配置纵向纤维。在低缠绕角情况下,螺旋缠绕能提供所要求的纵向强度,同时,还能提供一部分环向强度。调整缠绕角就能得到不同的环向纵向强度比。工业上采用的螺旋缠绕又分两种:单螺旋缠绕和多螺旋缠绕。后者对缠绕角和圆筒段长度均有更大的适应性。

二、纤维缠绕的基本设计原理

显然,想获得有效的轻质高强纤维缠绕结构,就必须采用连续的增强材料[11)。纤维缠绕制品的结构性能与纤维排列密切相关。纤维缠绕的基本设计原理,就是使全部纤维均承受纯粹的拉应力(只适用于内压系统)。

带封头的圆筒形容器这类结构可以给出平衡的增强材料网格系统。尽管圆筒段和封头所要求的网格系统各不相同,但还是可以制成整体。这类结构采用的是低螺旋角缠绕系统,它既可以承受圆筒段的纵向应力,又可以形成整体封头,极孔配件就缠在整体封头上。在容器的圆筒段上还必须附加环向缠绕,以期弥补低螺旋角缠绕系统在环向强度方面的不足。如果纤维缠绕壳体的纤维配置能够精确地与荷载相平衡,就可以说是一个平衡的网格系统。

圆筒形壳体的环向荷载一般为轴向荷载的二倍。在设计螺旋缠绕系统时,先使纵向强度与轴向荷载所要求的强度相等。这种低螺旋角缠绕系统的环向强度较低,必须另行附加环向缠绕,以使其总的环向强度能与环向荷载相平衡。因为封头是根据螺旋缠绕网格系统的要求设计的,因而封头部分不需要再加环向缠绕。所谓椭球形曲面,也就是一种回转曲面。在全部内压荷载均由网格系统承受时,这种回转曲面上的纤维应力处处都相同,并且没有二次弯曲。椭球形网格系统是在螺旋形缠绕过程中形成的。当纤维在封头极孔配件处相聚时,该处的缠绕层必然变厚。若使这个区域的纤维应力仍为定值,则必须使曲率半径相应地有所增加。由此可知,当缠绕角a=0°时,圆筒连接处的曲率半径将等于圆筒半径的二分之一;当a=45°时,和圆筒半径相等。容器的外部轴向力的存在,也对封头外形有所影响。

采用双向绕型(bidirectional pattern)时,封头上的纤维仍按极缠绕绕型(polar winding pattern)配置。封头的最佳外形是扁半球体(oblated hemispheroid)。在这类封头上,相互垂直的两个方向上的容许应力,在理论上可能是相同的。然而纵向的纤维效率总要比环向纤维效率低。假如容器体积已给定,可以估算出圆筒的最佳直径或长度与直径之比。


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