碳纤维复合材料圆筒周向强度分析

燕 展

（核工业第八研究所，中国 上海 201800）

高速旋转时碳纤维复合材料圆筒的受力比较简单，主要承受周向应力，因而周向强度要保证其复合材料层不失效，并且有一定的安全裕度，同时圆筒的周向模量要保证其径向变形也要在合理的控制范围，以减小由于泊松效应而引起的轴向缩短。 因此，对圆筒周向强度进行有效的分析和可靠的评价，确定圆筒周向强度能否满足设计安全系数要求就显得尤为重要和必要。 然而碳纤维复合材料非均质、各向异性的特点对于解析计算的影响显而易见，不连续性和不均匀性对强度的影响又很大，同时由于碳纤维复合材料圆筒周向强度较高，高速旋转时，允许产生较大的变形，这又会导致非线性大挠度弯曲问题。

本文以碳纤维复合材料圆筒为研究对象，应用宏观复合材料力学经典层合板失效解析计算方法，并利用有限元软件对其极限载荷和极限强度进行了计算分析。 之后，通过内压爆破试验方法进行了检验。

1 复合材料力学分析和强度理论

碳纤维复合材料圆筒采用连续纤维湿法缠绕工艺成型。 增强纤维通过导轮进入树脂胶槽浸胶，然后在张力的控制下缠绕在芯模上，再经过固化、脱模、切割等工艺过程完成圆筒的成型[1]。 复合材料层由环向缠绕层和螺旋缠绕层组成。环向缠绕层保证圆筒的周向强度和周向刚度，螺旋缠绕层（角度层）则主要提供圆筒的轴向强度和轴向刚度。

复合材料不仅是一种材料，它更是一种结构。……