一种封头缠绕层厚度预测方法及验证方法技术

本发明专利技术公开一种封头缠绕层厚度预测方法及验证方法，涉及纤维缠绕复合材料压力容器设计与制造技术领域，先基于三次样条曲线建立含未知系数的初始厚度预测模型，再根据边界条件计算初始厚度预测模型中的未知系数，得到缠绕层厚度预测模型，后续基于该缠绕层厚度预测模型来进行预测，能够更加准确的预测封头的缠绕层厚度。在对该预测方法进行验证时，根据缠绕层厚度实际分布曲线和缠绕层厚度预测分布曲线的误差对预测方法进行验证，从而可以完成预测方法的验证过程。测方法的验证过程。测方法的验证过程。

【技术实现步骤摘要】
一种封头缠绕层厚度预测方法及验证方法


[0001]本专利技术涉及纤维缠绕复合材料压力容器设计与制造
，特别是涉及一种纤维缠绕复合材料压力容器封头缠绕层厚度预测方法及验证方法。

技术介绍

[0002]碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)凭借其高比模量、高比强度等优点，在航天航空、能源和汽车等领域应用广泛，利用碳纤维增强树脂基复合材料制备得到的纤维缠绕复合材料压力容器作为一种非常重要的能源储存装置，在固体火箭、飞行器、海洋船舶、汽车等领域有着广泛的应用，纤维缠绕复合材料压力容器使用纤维缠绕技术作为工艺成型技术，使得纤维缠绕复合材料压力容器满足了轻质化、高内压的要求，在结构上已经实现了大型化和低成本化。
[0003]现有的纤维缠绕复合材料压力容器封头缠绕层厚度预测方法包括单公式法、双公式法和三次样条函数法等，但这些方法都不能准确预测出封头缠绕层的厚度分布，其中，采用单公式法预测出的厚度分布中，极孔处的预测厚度为无穷大，明显与实际不符；采用双公式法预测出的厚度分布中，一倍带宽处的预测厚度明显与实际不符；采用三次样条函数预测出的厚度分布中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种封头缠绕层厚度预测方法，其特征在于，所述预测方法包括：基于三次样条曲线建立含未知系数的初始厚度预测模型；所述初始厚度预测模型为：其中，t(r
i
)为封头上第i个点对应的平行圆半径的缠绕层厚度；r
i
为封头上第i个点对应的平行圆半径；m1、m2、m3、m4均为未知系数；根据边界条件计算所述初始厚度预测模型中的未知系数，得到缠绕层厚度预测模型；所述边界条件包括：极孔处缠绕层厚度、两个纱宽处缠绕层厚度、两个纱宽处缠绕层曲率和两个纱宽内的纤维体积；以待预测点对应的平行圆半径为输入，利用所述缠绕层厚度预测模型预测所述待预测点对应的缠绕层厚度；所述待预测点为封头上的一点。2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，所述根据边界条件计算所述初始厚度预测模型中的未知系数，得到缠绕层厚度预测模型具体包括：利用所述初始厚度预测模型分别计算极孔处的第一缠绕层厚度、两个纱宽处的第二缠绕层厚度、两个纱宽处的第一缠绕层曲率和两个纱宽内的第一纤维体积；所述第一缠绕层厚度、所述第二缠绕层厚度、所述第一缠绕层曲率和所述第一纤维体积均采用所述未知系数表示；令所述第一缠绕层厚度等于所述极孔处缠绕层厚度，构建以所述未知系数作为未知量的第一方程；令所述第二缠绕层厚度等于所述两个纱宽处缠绕层厚度，构建以所述未知系数作为未知量的第二方程；令所述第一缠绕层曲率等于所述两个纱宽处缠绕层曲率，构建以所述未知系数作为未知量的第三方程；令所述第一纤维体积等于所述两个纱宽内的纤维体积，构建以所述未知系数作为未知量的第四方程；联立所述第一方程、所述第二方程、所述第三方程和所述第四方程，得到联立方程组；对所述联立方程组进行求解，得到所述未知系数的取值；将所述未知系数的取值代入所述初始厚度预测模型，得到缠绕层厚度预测模型。3.根据权利要求1或2所述的预测方法，其特征在于，所述极孔处缠绕层厚度的计算公式为：其中，t(r0)为极孔处缠绕层厚度；r0为极孔半径；t
p
为缠绕纱带的厚度；m
R
为筒身段纱带数；n
R
为筒身段螺旋缠绕单层数；S
K
为缠绕纱带的滑移区面积；S
local
为缠绕纱带的局部堆积面积；其中，K为纤维堆积度；b为缠绕纱带的宽度；4.根据权利要求1或2所述的预测方法，其特征在于，所述两个纱宽处缠绕层厚度的计算公式为：
其中，t(r
2b
)为两个纱宽处缠绕层厚度；r
2b
为两个纱宽处的平行圆半径；m
R
为筒身段纱带数；n
R
为筒身段螺旋缠绕单层数；r0为极孔半径；b为缠绕纱带的宽度；t
p
为缠绕纱带的厚度。5.根据权利要求1或2所述的预测方法，其特征在于，所述两个纱宽处缠绕层曲率的计算公式为：其中，为两个纱宽处缠绕层曲率；t(r
2b
)为两个纱宽处缠绕层厚度；r
2b
为两个纱宽处的平行圆半径；r为微分变量，代表平行圆半径；m
R
为筒身段纱带数；n
R
为筒身段螺旋缠绕单层数；t
p
为缠绕纱带的厚度；r0为极孔半径；r
b

【专利技术属性】
技术研发人员：祖磊，吴勇培，张骞，吴乔国，张桂明，扶建辉，周立川，王婧，王华毕，李德宝，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：