耿沛
- 作品数：4 被引量：9H指数：2
- 供职机构：北京航空航天大学航空科学与工程学院更多>>
- 发文基金：天津市应用基础与前沿技术研究计划国家自然科学基金国家重点实验室开放基金更多>>
- 相关领域：理学一般工业技术化学工程航空宇航科学技术更多>>
- 变缠绕角纤维螺旋缠绕结构的承载能力分析及最优化设计
- 纤维增强复合材料具有质量轻、强度高、抗疲劳、耐腐蚀等诸多优点，已广泛应用于航空航天、机械制造、汽车工业、化工、纺织、医学、建筑和体育用品等领域。纤维缠绕增强压力容器是复合材料的典型应用实例。除有限元方法，纤维增强厚壁筒的...
- 耿沛
- 关键词：压力容器纤维增强复合材料承载能力
- 考虑纤维体积含量变化的纤维缠绕厚壁柱形结构的等强度设计被引量：3
- 2015年
- 纤维缠绕厚壁柱形管道或容器在缠绕张力作用下会使缠绕纤维层的应力状态不断变化,形成沿壁厚力学性能非均匀的结构。依据缠绕过程中的纤维束应力状态分析和纤维束本构关系,获得了纤维体积含量与所受应力状态的关系。基于正交各向异性本构关系和双层筒模型的离散叠加法,建立了给定缠绕张力确定纤维缠绕厚壁柱形结构剩余张力的计算方法,并计算了等张力缠绕纤维层的纤维体积含量沿壁厚的分布。利用Tsai-Wu失效准则研究了纤维体积含量非均匀的厚壁柱形结构的纤维层强度。研究表明:缠绕工艺使内层纤维体积含量和强度均略高于外层,纤维缠绕厚壁柱形结构的强度分析和设计时应考虑这种影响;利用变化的缠绕张力设计可以实现强度比沿壁厚的均匀分布。
- 吴杨邢静忠耿沛杨涛
- 关键词：纤维缠绕厚壁容器纤维体积含量
- 复杂应力状态下三维纤维向应力公式及其应用研究
- 2016年
- 为解决二维纤维向应力公式在计算三向应力状态时出现的偏差,推导出三维纤维向应力公式。利用正轴和偏轴坐标系下的应力和应变的坐标变换,导出正轴和偏轴的应力-应变关系。利用对称均衡铺设层的应力和变形关系,求解得到三向应力状态下的纤维应力公式。其退化情况等同于现有二维公式;用于厚壁筒模型时,本公式与其三维公式完全一致。采用ANSYS软件的SOLID191层合单元建立有内胆的纤维缠绕厚壁筒模型,计算内外压作用下的应力分布及强度比。对比表明,本公式的计算结果与有限元结果一致。研究发现,在复杂应力状态下,三维应力公式可给出更准确的计算结果;基于二维应力公式的纤维层强度比小于三维公式的结果。本公式为Tsai-Wu等复杂应力状态下失效准则的强度计算奠定理论基础。三维纤维应力公式不仅适用于厚壁柱形容器等结构,而且适用于任意对称均衡铺设的纤维增强复合材料结构的应力和强度计算。
- 耿沛邢静忠陈晓霞
- 关键词：正交各向异性有限元分析
- 纤维螺旋缠绕管的缠绕角优化被引量：6
- 2017年
- 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。
- 耿沛邢静忠陈晓霞
- 关键词：缠绕角
