Определение толщины композитного слоя сферической оболочки с учетом ширины наматываемой ленты

Толщина слоя намотки в окрестности полярного отверстия оболочки вращения, определяемая по классической формуле, неограниченно возрастает. Хотя при удалении от края полярного отверстия на расстояние, превышающее примерно две ширины наматываемой ленты, формула считается справедливой. Поскольку число наматываемых слоев (зон) в сферической оболочке может составлять более 20, это приводит к значительной неопределенности при расчете прочности композитной оболочки в целом. В данной работе, во-первых, поставлена и решена задача аналитического определения толщины отдельного слоя намотки на всей поверхности покрытия сферического пояса (зоны) с учетом ширины наматываемой ленты; во-вторых, получены формулы, позволяющие достаточно просто рассчитать толщину и углы армирования на всей поверхности сферической зоны; в-третьих, показан характер изменения толщины зонального слоя сферической композитной оболочки в зависимости от числа зон и ширины ленты.
Впервые толщина композитного слоя сферической оболочки определяется с учетом ширины наматываемой ленты.
На основании проведенных исследований разработана инженерная методика расчета конструктивно-технологических параметров многозонной намотки сферической оболочки. Полученные формулы, определяющие толщину и углы армирования в каждом слое, позволяют с необходимой точностью рассчитать напряженное состояние многозонной сферической оболочки, нагруженной внутренним давлением жидкости или газа. Представленные в работе результаты испытаний внутренним давлением жидкости пленочных и стеклопластиковых сферических оболочек, изготовленных зональной намоткой широкими лентами из лавсановой пленки и узкими лентами из стеклонитей, будут полезны при проектировании вновь создаваемых изделий сферической формы.

Литература

[1] Буланов И.М., Смыслов В.И., Комков М.А., Кузнецов В.М. Сосуды давления из композиционных материалов в конструкциях ЛА. Москва, ЦНИИ информации, 1985, 308 с.

[2] Любин Дж., ред. Справочник по композиционным материалам. В 2 кн. Москва, Машиностроение, 1988, кн. 1, 448 с.; кн. 2, 584 с.

[3] Комков М.А., Тарасов В.А. Технология намотки композитных конструкций ракет и средств поражения. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011, 431 с.

[4] Зиновьев П.А., Фомин Б.Я. Проектирование сосудов давления минимального веса, образованных намоткой стеклонитью. Сб. научн. тр. Полимерные материалы в машиностроении. Пермь, 1973, вып. 127, с. 91—96.

[5] Голушко С.К. Оптимальное проектирование равнопрочных композитных оболочек минимального веса. Современные проблемы прикладной математики и механики: теория, эксперимент и практика. Новосибирск, Россия, 30 мая – 4 июня 2011 г., № гос. регистрации 0321101160.

[6] Образцов И.Ф., Васильев В.В., Бунаков В.А. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов. Москва, Машиностроение, 1977, 145 с.

[7] Васильев В.В., Тарнопольский Ю.М. Композиционные материалы: Справочник. Москва, Машиностроение, 1990, 512 с.

[8] Васильев В.В., Иванов В.Н., Миткевич А.Б. Проектирование композитного днища баллонов постоянного давления в окрестности полюсного отверстия. Механика композитных материалов, 1987, № 6, с. 1115–1117.

[9] Криканов А.А. Толщина композитной оболочки. Образованной методом намотки. Авиационная промышленность, 2002, № 2, с. 63—66.

[10] Комков М.А., Кузнецов В.М., Погребенко Ю.Ф. О применении жестких полимерных пленок для намотки герметизирующих оболочек стеклопластиковых сосудов давления. Применение пластмасс в машиностроении, 1974, № 13, с. 69—74.

[11] Буланов И.М., Комков М.А. Применение жестких полимерных пленок в криогенных топливных системах аэрокосмической техники. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 1992, № 1, с. 14—24.

[12] Сабельников В.В., Комков М.А., Саморядов А.В. Технология склеивания элементов криогенного трубопровода. Клеи. Герметики. Технологии, 2005, № 1, с. 16—20.

[13] Комков М.А., Буланов И.М. Определение конструктивно-технологических параметров оболочек, намотанных из композиционных материалов. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1992, 84 с.