Рассмотрены технологические схемы получения криволинейных труб методом непрерывной намотки волокон и армированной ленты на оправку.

Рассмотрены равновесная, пропорциональная, геодезическая схемы и схема с постоянным углом укладки, описанные в работах В.Л. Бидермана и Б.Л. Бухина , а также И.М. Буланова, М.А. Комкова, Е.Н. Нехороших, В.А. Шишацкого [1, 2, 3, 5].

В зависимости от технологической схемы намотки и способа укладки слоёв (с нахлёстом и без нахлёста) получены расчетные соотношения, описывающие распределения коэффициента армирования y и толщины стенки h по криволинейной поверхности [4]:

, (1)

Здесь индекс m определяет параметры на экваторе тора. Труба представлена как торообразная тонкая оболочка с замкнутым круглым поперечным сечением радиуса r. Осевая линия криволинейного участка представляет дугу окружности радиуса R с центральным углом (углом гиба) j_o. Угловая координата a фиксирует наклон нормали к оси вращения оболочки.

Считается, что при совместной намотке параметры армирования на экваторе и примыкающих прямолинейных участках трубы равны друг другу. Формулы (1) показывают, что распределения толщин стенки и коэффициентов армирования подчиняются единым закономерностям.

На основе полученных соотношений выполнен анализ распределения структурных и геометрических параметров образца криволинейной трубы, плавно сопряженной с прямолинейными участками. Построены поверхности и кривые (рис.1), отражающие распределение по окружной координате a толщин стенки h, углов q и коэффициентов армирования y в зависимости от технологической схемы, способа укладки слоев и угла намотки волокон на экваторе q_m. Установлены пределы изменения параметров.

Рис.1

Исследовано распределение упругих свойств многослойного образца, изготовленного перекрестной спиральной намоткой волокон и армированной ленты из органопластика Kevlar 49/ PR-286. Построены поверхности и кривые, иллюстрирующие распределение эффективных упругих постоянных (Е_a, Е_j) вдоль линий главных кривизн криволинейной поверхности в зависимости от технологической схемы, способа и угла укладки волокон на экваторе (рис. 1 представляет результаты, полученные для пропорциональной схемы). Сравнительный анализ результатов показывает, что картина распределения и диапазоны изменения модуля упругости Е_a практически не зависят от технологической схемы намотки (исключение составляет равновесная схема). Распределение модуля упругости Е_j получается уникальным для каждой схемы.

Литература

1. Бухин, Б.Л. Чистый изгиб цилиндрической сетчатой оболочки/ Б.Л.Бухин // Расчеты на прочность. -М.: Изд-во МВТУ им. Н.Э. Баумана. – 1966. – Вып. 12. – С.63-71.

2. Буланов,И.М. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов / И.М. Буланов, В.В. Воробей. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998.- 516 с.