干法缠绕用碳纤维复合材料耐压支撑管铺层优化设计

王业成; 王馨锐; 王晓宏; 刘长喜; 毕凤阳; 王云龙; 姜旭

doi:10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2024.06.011

塑料科技 ›› 2024, Vol. 52 ›› Issue (06) : 56 -60. DOI: 10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2024.06.011

加工与应用

干法缠绕用碳纤维复合材料耐压支撑管铺层优化设计

王业成 ¹ ,
王馨锐 ¹ ,
王晓宏 ² ,
刘长喜 ² ,
毕凤阳 ² ,
王云龙 ² ,
姜旭 ²^,^*

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Optimization Design of Carbon Fiber Reinforced Polymer Pressure-Resistant Support Pipe Layer for Dry Winding

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摘要

碳纤维复合材料（CFRP）具有高刚度、高强度等优势，是进行轻量化结构设计的先进新型材料。铺层优化设计是CFRP制件结构设计的重要内容之一。基于ABAQUS对CFRP耐压支撑管铺层结构进行优化。确立以［（90°/±20°）₅/90°/（±20°）₉/90°/（±20°/90°）₅］为最终铺层方案。采用干法缠绕成型工艺制备CFRP耐压支撑管，以有限元法和试验法对方案进行验证。结果表明：模拟分析CFRP耐压支撑管的抗压强度为817.4 MPa，抗压模量为167.7 GPa，对应的强度安全系数为1.84，模量安全系数为1.86。CFRP耐压支撑管的平均抗压强度为683.85 MPa，平均抗压模量为137.9 GPa，对应的强度安全系数为1.54，模量安全系数为1.53，均能够满足技术性能指标要求。