李 靖,马 虎,周长省,夏镇娟

(南京理工大学 机械工程学院,南京 210094)

0 引言

复合材料以比强度高、比模量大的特点在航空航天领域得到了广泛应用[1]。固体火箭发动机复合材料壳体通常由前、后封头和筒身段组成,基于网格理论可以较为准确地预测壳体筒身段的壁厚,但由于封头上的缠绕角度和缠绕厚度都随着平行圆半径的减小而不断增大,且在极孔附近纤维的厚度将趋向于无穷大,因此采用单一的网格理论预测封头厚度容易使极孔处的纤维发生堆积。国内外针对纤维缠绕复合材料压力容器的厚度预测已开展了许多工作,常用的有单公式法[2]、Knoell等式法[3]和双公式法[4-5],采用上述方法可较准确地预测极孔之外的封头厚度,但对于极孔周围的厚度预测,实际值和理论值往往差异较大。矫维成等[6]提出三次样条函数法来预测封头段包含极孔在内的厚度,理论和实验研究结果表明,采用三次样条函数法预测封头厚度与真实的封头厚度更加吻合,验证了三次样条函数法的正确性。冯彬彬等[7]采用Matlab程序对三次样条函数公式进行编程,预测发动机复合材料壳体的封头段厚度,并考虑封头补强对壳体进行了轻量化设计,建立了较为准确的封头模型。祖磊等[8]基于ABAQUS二次开发功能,采用三次样条函数法对发动机复合材料壳体进行了快速化建模,并通过水压爆破试验验证了建模的准确性。王鑫等[9]采用三次样条函数法,对某固体发动机复合材料壳体建立了封头段较为精细的数值模型,展开了壳体的渐进损伤及爆破压强分析。……