5-复合材料贮罐设计

5复合材料贮罐设计5.1引言贮罐是用于贮存和运输物料的容器。复合材料贮罐的分类方法：承压情况，安装方式，形状不同。按形状分为：圆筒形、矩形、球形。5.1.1复合材料贮罐的特点可设计性好质轻高强工艺性能好5.1.2复合材料贮罐的制作工艺方法•纤维缠绕法•手糊成型法•组合成型法5.1.3复合材料在贮罐中的应用形式•做耐腐蚀内衬•全复合材料结构•热塑性塑料/GFRP复合结构5.2层合结构设计典型层合结构包括：内衬层、强度层和外表层。5.2.1贮罐罐壁的层合结构5.2.2层合结构设计5.2.2.1单位载荷设计法层和结构设计中，单层结构的确定是使组成该层和结构各单层的许用单位载荷之和大于该结构承受的最大单位外载荷，即NnMuiimiai11）安全系数的确定安全系数时一个经验性的系数，一般难以作定量的评定。复合材料贮罐设计的安全系数可以按下式确定：543213KKKKKK一般情况下，复合材料贮罐的安全系数不应小于8.2）设计需用单位载荷的确定①由强度限定的许用单位载荷的确定其表达式为：KtiLi/L②单层限定应变的确定s树脂的许用应变ms1.0最大许用应变%2.0maxm圆筒内承受轴向弯曲时的屈服许用应力可按下式计算RtvvEEKxxbxcr19225.2.3层和结构的厚度计算一定纤维含量和纤维质量的单层或单层组的厚度可根据下式计算mmmtofmffi156.215.3卧式贮罐设计5.3.1鞍座设计（1）鞍座最佳位置如图7-6，为使贮罐受力最佳，令两危险截面处的弯矩相等，便可确定尺寸A、L的合适比例，即8/42/222AlqqA经整理化简：LLA207.0212因此，在满足时，还应尽量使在实际中，取A为贮罐封头切线至支座中心线的距离。LA2.0iRA5.0（2）鞍座包角在正常情况下，鞍座包角一般取120°或150°。（3）鞍座宽度一般规定钢制鞍座的宽度b不小于筒体计算壁厚t的10倍，但其值不大于。iR8（4）鞍座的选择鞍座设计一般根据贮罐的公称直径和支座的负荷从鞍式支座标准中选取制作。鞍座通常采用钢制，有垫板、腹板、肋板和底板焊接而制成。5.3.2卧式贮罐受力分析将卧式贮罐简化为一端固支、一端铰支的外伸梁，如图7-7（1）作用在贮罐上的载荷①均布载荷单位长度上的均布载荷为LHLFHLWq341234双鞍座卧式贮罐每个支座的反力为LHqLF341212WF或②凸形封头重量HqG320③介质静压力作用于封头上产生的力矩如图7-80M00hpdfMcossinsin2cos10iiiiRdRRR002224024cossincossin2cos1cossin2ddRdRiiqRRRRiiiI44822244（2）筒体内力①鞍座截面处筒体内竖剪力与轴向弯矩如图7-8，分别取力与力矩平衡，得1Q1MHLALFGqAFQ34201AHGqAMM83210201LHALHRLAFAi3412122②跨距中部筒体截面上的竖剪力和轴向弯矩,跨距中部筒体截面上竖剪力为0，即2Q2M02Q如图7-10受力分析，对鞍座截面取力矩平衡，得跨距中部筒体截面轴向弯矩122212MALALqMLALHLHRFLi4341214222③鞍座截面处筒体周向弯矩环形截面薄壁梁单位弧长上的切向剪力为sin1RQNx④鞍座截面处筒体周向压缩力筒体作用于鞍座上的力是随包角而异的径向力,此力的反作用力使鞍座在局部区域内到径向压缩（图7-14）。5.3.3贮罐筒体强度设计与校核（1）筒体强度设计①筒体轴向力的计算2max12ixixRMpRN②筒体周向力的计算NipRN（2）筒体强度校核①筒体轴向单位压力的校核当设计内压p=0时，可能存在的最大轴向单位压缩载荷xcixxcNRMN2maxiuxcfRtEN3.0ziiiuiunMEE1②筒体单层周向应力的计算和校核a.鞍座处筒体最低点的周向压应力在筒体未被加强的情况下，筒体下部承受周向压应力的局部范围为一带区域（图7-17）。筒体最低点的最大周向压应力tbtFKtbTc1031max1b.鞍座处筒体最高点的周向拉应力筒体最高点的最大拉应力tpRtLFRKtpRWMiiittt212016c.鞍座边角处筒体的周向应力鞍座边角处的周向拉应力鞍座边角处筒体周向压应力tbtFtLFRKtpRiit1025.062112tbtFtLFRKic1025.062112d.校核attt21,maxaccc21,max③筒体切向剪应力的计算与校核鞍座边角处筒壁内的切向剪应力可按下式计算xitRFK4式中K4为系数，其数值与鞍座包角有关。（3）刚度校核①应变校核EvExxtxmaxmaxxxxtEvEmaxmaxxxGmaxmax②径向挠度的控制DDDD%1005.3.4封头设计封头内壁曲面高度5.0222iiiiirDRDRRH对于承受内压的凸形封头，其单位载荷由下式确定siKpDN5.0式中Ks——与封头厚度有关的形状系数