论文部分内容阅读
复合材料以其较高的比强度、比刚度，可设计性强，抗疲劳性能好等优点得到了迅速发展和应用。在旋转机械领域，为了满足结构整体的刚度和强度性能需求，采用的复合材料圆柱壳通常由螺旋缠绕和环向缠绕相结合的铺层方式成型。与金属材料不同，复合材料本身是各向异性材料，同时，圆柱壳既含有螺旋层又含有环向层，使整体结构高度各向异性，这就给结构的合理设计带来很大难度。本文针对含有螺旋层和环向层的复合材料圆柱壳进行了强度研究，首先基于板壳理论，建立多层复合材料圆柱壳在旋转载荷下的各层应力计算解析表达式，然后全面分析了螺旋层和环向层复合材料性能参数、螺旋层和环向层厚度比、缠绕角度、圆柱壳壁厚等参数对圆柱壳强度性能的影响，得到环向层材料的纵向模量变化对螺旋层应力影响较大，对自身应力影响较小；螺旋层横向模量和剪切模量对螺旋层应力影响较大，对环向层应力影响较小；环向层纤维纵向应力随角度层厚度比的增大先缓慢后迅速增大，圆柱壳壁厚对各层应力没有影响等重要结论。根据得到的影响规律结合强度设计考虑，确定了复合材料圆柱壳螺旋层缠绕角度及螺旋层所占总厚度比例的合理范围。该研究为旋转机械用复合材料网柱壳结构的合理设计提供了理论支持。